太赫兹时域光谱成像系统的研究进展

太赫兹时域光谱成像技术具有穿透性、超快时间分辨能力、指纹光谱特性、安全无辐射电离等显著特点,在物质成分光谱分析、工业材料无损检测领域具有独特的应用价值,成为近些年来的研究热点。基于此,从成像体制和成像算法两个方向进行介绍。在成像体制层面,全面介绍了逐点扫描成像、太赫兹焦平面成像、太赫兹光电导阵列成像等二维的成像方式,以及突破衍射极限的太赫兹近场成像技术;在成像算法层面,介绍了飞行时间成像和断层扫描成像技术等三维成像方式。列举了太赫兹技术在生物医学、无损检测、安防检测等领域的应用。最后总结了当前太赫兹时域光谱技术所面临的问题。     

汽油的太赫兹时域光谱特性研究

本文应用太赫兹时域光谱技术研究了不同型号汽油在0.28-2.1THz波段的光学性质,采用快速傅里叶变换得到样品的吸收谱和折射率谱.同时,运用傅里叶变换红外光谱装置测定了样品的中红外吸收谱.比较两种实验结果可知,不同型号汽油在太赫兹波段有明显的峰位位移和相对峰强改变,且吸收谱带展宽,说明样品在太赫兹波段比在中红外波段更具有吸收活性.太赫兹技术可作为中红外等光谱技术的互补手段,研究汽油组成的特性及鉴别其结构的细微变化等.     

钡铁氧体的太赫兹时域光谱

利用溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制备了钡铁氧体和Al 掺杂钡铁氧体样品, 并利用太赫兹时域光谱(terahertz time-domain spectroscopy, THz-TDS)对样品进行了测试. 结果表明, 样品吸收谱在 0~1.2 THz 频段内随着频率的增大而增大, 钡铁氧体的折射率随频率的增大而减小; Al 掺杂的钡铁氧体样品的折射率随频率的增大而增大, 且Al 的掺杂导致钡铁氧体THz波段的折射率减小.     

土壤中有机污染物的太赫兹时域光谱检测分析

采用太赫兹时域光谱技术对滴滴涕等三种土壤中有机污染物进行光谱分析,得到了样品在0.2～1.8THz波段的吸收谱和折射率谱。理论计算与太赫兹技术测量得到吸收峰位置很好吻合。研究为利用赫兹时域光谱技术鉴定土壤中有机污染物提供了有益的借鉴。     

基于太赫兹时域光谱技术的地沟油检测与识别

油脂大分子的振动和转动频率均处在太赫兹波段,与太赫兹波相互作用可产生共振反应,因此太赫兹时域光谱技术（THz TDS）可以快速灵敏地实现正规油和地沟油的检测与识别。通过对正规油（全新采购）、类地沟油（煎炸处理）和地沟油（回收处理）在0.3~1.6 THz波段的时域和频域光谱进行对比,并分析其延迟时间、折射率、吸收系数和吸收峰等光学参数的差异,提取了地沟油的太赫兹光谱的特征信息,为地沟油的检测与识别提供了实验依据和有效方法。结果表明,利用光谱特征信息和地沟油特有官能团信息,太赫兹时域光谱技术可有效区分正规油与地沟油。     

杨玉平副教授在太赫兹时域光谱方面取得显著成绩

2010年8月至2011年8月，杨玉平副教授在国家留学基金委员会和我校的大力支持下，在美国奥克拉荷马州立大学的太赫兹研究中心作为期一年的访问．通过与该中心的张伟力教授和D．Grischkowsky教授的合作，     

基于太赫兹时域光谱的橙子和多菌灵成分的定量研究

利用太赫兹时域光谱技术对橙子和多菌灵混合样品进行检测,获得混合样品的太赫兹(THz)时域波形;对其进行傅里叶变换,采用菲涅尔公式计算折射率和吸收谱,最后以各样品的吸收谱为研究对象,利用多元线性回归技术进行定量分析研究,获得多菌灵和橙子组分含量。研究结果表明:多菌灵和橙子组分含量的相对误差均小于7%;太赫兹时域光谱技术能够用于水果与农药混合物的定量分析研究,同时,本实验也为该技术应用于农产品农药鉴别检测提供了借鉴。     

还原型及氧化型谷胱甘肽的太赫兹时域光谱研究

利用太赫兹时域光谱技术研究了还原型及氧化型谷胱甘肽在0.2-1.4THz波段的光谱特性,结果显示它们在测量波段表现出不同的吸收位置和吸收强度,同时折射率也表现出明显的差异,表明THz波对它们结构的变化有灵敏响应。研究提示太赫兹时域光谱技术作为一种新的光谱研究手段具有用于多肽及蛋白质等生物大分子结构与功能研究的潜力。     

采用太赫兹时域光谱技术的高精度热障涂层测厚方法

针对标准试块法测量热障涂层厚度需要制作标准试块导致成本高、测量工艺复杂、无法适应热障涂层服役后折射率变化等问题,提出了采用太赫兹时域光谱技术的高精度热障涂层测厚方法。首先,根据太赫兹波在热障涂层中的传播特性建立了热障涂层太赫兹波传播模型,通过模型可以得到太赫兹检测信号回波数量和回波相位对应的变化关系;然后,根据菲涅尔定律和太赫兹检测信号前3次回波之间的作用关系建立了折射率计算模型;最后,根据所得到的折射率和相邻两次回波时间差采用飞行时间法求解热障涂层厚度。对所提方法测量热障涂层厚度的可行性和准确性进行了多组实验研究,结果表明：与标准试块法相比,所提方法不需要制作标准试块,仅根据太赫兹检测信号即可同时计算得到热障涂层折射率与厚度,实现了对热障涂层高效、高精度测厚;所提方法测量厚度的相对误差可以达到1.15%,比标准试块法测量厚度的相对误差降低了42.5%。     

太赫兹技术进展及其在工业中的应用

近年来,太赫兹技术日渐成熟,工业应用领域不断扩大,市场上出现了越来越多的太赫兹产品。本文主要分析太赫兹技术的发展,并对未来太赫兹工业应用市场进行中期和长期展望。     

大豆种子的THz时域光谱测量

利用THz时域光谱技术,从大豆种子的光谱获得信息,在区分大豆种子的种类方面进行尝试.实验对大豆种子的DNA薄膜和胚芽切片进行了初步的探测.     

地沟油的Terahertz波谱检测方法初探

利用Terahertz(THz,太赫兹)波谱技术测量了两种地沟油(反复烹炸过的大豆油和花生油)及其对照用的植物油(未使用过的大豆油和花生油)在(0—3.0)THz范围内的时域谱和频域吸收谱,并通过实验得到两组油的折射率、吸收系数等重要光学参数。采用太赫兹时域光谱分析技术(THz-TDS)对波谱进行显示和分析,分析结果表明两组油中反复烹炸过的油和未使用过的油在此波段的波谱和光学特性显著不同,并且会随着频率的增加而变化,表明经过高温的植物油可以通过这种方法与相应的未使用过的植物油进行鉴别,这为利用太赫兹波谱技术检测地沟油提供了重要的理论依据。     

黄曲霉毒素B1溶液的太赫兹时域光谱分析

黄曲霉毒素的物理检测是目前国内外食品安全检测的一个研究热点。针对近红外和传感器方法检测精度差的问题,采用太赫兹时域光谱技术,研究了黄曲霉毒素B1溶液对太赫兹波的响应。首先根据B1溶液在不同频率范围内的光学参数(主要是折射率和吸收系数)的不同,对B1溶液的太赫兹光谱进行定性分析;再利用最小二乘支持向量机对其进行定量分析。实验和分析结果表明,利用太赫兹时域光谱技术能够对黄曲霉毒素B1溶液的不同浓度进行精确识别,为以后建立黄曲霉毒素太赫兹谱库和快速检测食品中的黄曲霉毒素提供了理论依据。     

铌酸锂单晶的太赫兹光谱及光学常数之间的关系

利用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术,对铌酸锂(LiNbO3)样品在0.4-1.6 THz范围的吸收系数和折射率进行测量和分析。实验样品为LiNbO3(clear),LiNbO3∶Fe(0.08%),LiNbO3∶Fe(0.1%)的晶体,三个样品均为(001)取向,观察和分析样品中掺入Fe对吸收系数和折射率等光学常数的影响,根据Debey近似模拟样品在低频吸收边的吸收结构系数。并利用光学常数之间的关系计算了样品在0.4-1.6 THz范围的介电常数(ν).     

Terahertz磁波参量振荡器辐射THz波受温度的影响

从THz波增益、吸收系数、折射率几方面,讨论了THz电磁波参量振荡器辐射THz波受温度的影响,从而得到THz波增益随温度的升高而降低主要原因,是由于LiNbO3晶体中A1对称光学软模的拉曼活性降低所导致,这为今后太赫兹(THz)波参量振荡器的优化设计提供了参考价值.     

Terahertz波参量振荡器辐射THz波的理论研究

从固体的元激发理论出发,应用声子的受激散射原理,阐述通过激光抽运LiNbO3晶体产生THz波的参量过程的机理.按照Henry和Garrett的波耦合方法并考虑LiNbO3晶体对THz波的吸收损失,进行推理计算得出THz波参量增益计算式.