利用太赫兹光谱定量分析固体混合物

为测定固体混合物中感兴趣成分的含量,研究基于太赫兹吸收光谱拟合的定量检测方法。以无水茶碱和乳糖一水合物组成的混合物为例,在样品组成已知的条件下,采用经典最小二乘回归建立校正模型,二者浓度预测的平均误差分别为5.39%和6.91%。当假设乳糖为未知干扰物时,采用Lorentzian线型与多项式叠加拟合吸收峰,并通过拟合得到的峰强度预测茶碱的浓度,平均误差为6.64%。结果表明,根据太赫兹光谱包含的特征信息能够对混合物中的感兴趣成分进行准确的定量分析,因而太赫兹技术在质量监控领域具有潜在的应用前景。     

利用太赫兹光谱定量分析固体混合物

为测定固体混合物中感兴趣成分的含量,研究基于太赫兹吸收光谱拟合的定量检测方法。以无水茶碱和乳糖一水合物组成的混合物为例,在样品组成已知的条件下,采用经典最小二乘回归建立校正模型,二者浓度预测的平均误差分别为5.39%和6.91%。当假设乳糖为未知干扰物时,采用Lorentzian线型与多项式叠加拟合吸收峰,并通过拟合得到的峰强度预测茶碱的浓度,平均误差为6.64%。结果表明,根据太赫兹光谱包含的特征信息能够对混合物中的感兴趣成分进行准确的定量分析,因而太赫兹技术在质量监控领域具有潜在的应用前景。     

芳香族化合物的太赫兹频段动力学及定量分析

本文利用太赫兹时域光谱技术研究了苯、萘、偶氮苯、萘-苯混合物和偶氮苯-苯混合物在太赫兹频段的光学特性及动力学特征,应用密度泛函理论计算得到了苯、萘和偶氮苯的分子振动谱.萘和偶氮苯均有明显的吸收峰,萘在太赫兹频段的吸收模式来源为萘分子层间的相互作用和晶格振动,偶氮苯分子沿着N-N链的面内摇摆振动、苯环面的面外摇摆振动和面内剪切振动为吸收模式来源,从而引起了其在太赫兹频段较强的吸收,苯在太赫兹频段的吸收是由于分子与其邻近分子的碰撞产生的少量诱导偶极矩的作用.通过对不同质量分数浓度的萘-苯和偶氮苯-苯二元混合物的太赫兹特征谱的研究,发现混合物的折射率随浓度呈现线性关系,依据Lambert-Beer定律,利用该线性特性可作为混合物中物质成分和浓度的预测.     

堆叠多层石墨烯的太赫兹电导研究

单层石墨烯具有可调的太赫兹电导,有望应用于制作新型太赫兹器件,然而这种调谐的变化范围有限,通过多层石墨烯的堆叠可以拓展石墨烯太赫兹器件的性能上限。本文通过太赫兹时域光谱研究了石英衬底上不同层数堆叠的石墨烯的太赫兹透过特性,并使用Drude模型以及菲涅尔定律对实验结果进行了理论模拟。实验数据与理论结果的匹配表明:随机堆叠的多层石墨烯在太赫兹波段可以看作没有电子耦合的多个单层石墨烯,其太赫兹电导具有更宽的调谐范围,同时化学掺杂可以进一步提高材料的载流子浓度,从而获得更高的太赫兹电导。     

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。     

基于Python的瓦斯浓度ARIMA预测模型构建及其应用

针对矿井瓦斯浓度预测研究现状,提出一种基于Python的瓦斯浓度时间序列预测方法。该方法采集、处理了矿井瓦斯浓度历史数据,形成适用于数据挖掘的平稳时间序列;基于该序列,调用Python自带的ARIMA模块函数,构建瓦斯浓度预测模型;利用建立的预测模型对瓦斯浓度进行预测,并对比分析瓦斯浓度历史数据与预测数据的误差大小,进行模型预测效果评价;最后,利用满足精度要求的预测模型,预测瓦斯浓度变化趋势。以贵州某矿为例,采集2018年3月5日至2018年3月7日的瓦斯数据作为样本数据,并调用Python的ARIMA模块建立预测模型,开展瓦斯浓度预测研究。结果表明,该方法实现了瓦斯浓度预测的可视化,并使瓦斯浓度预测均方根误差低为234%,预测精度较高,可为降低矿井瓦斯事故提供一定的技术支撑。     

鄂尔多斯盆地延长组矿物成分的太赫兹光谱研究

鄂尔多斯盆地上三叠统延长组碎屑岩沉积是典型低渗透砂岩储集层,岩石成分的准确鉴定和定量分析是储层评价的基础.应用太赫兹时域光谱技术研究了延长组常见单矿物在0.1–1.7 THz的光谱特征及光学参数特征,在傅里叶变换的基础上表明不同单矿物在太赫兹波段的光谱特征差异显著.利用太赫兹光谱技术可以分析岩石中单矿物的含量.在此基础上,分析了延长组沉积岩太赫兹光谱特征及其与主要组分光谱特征间的关系,研究表明沉积岩太赫兹光谱与主要组分光谱之间符合Beer-Lambert定律,沉积岩的太赫兹光谱特征是其各个组分光谱叠合的综合效应.因此,研究者提出了线性回归方法,利用岩石组分及沉积岩的太赫兹光谱预测了延长组岩石组分含量.     

2020年太赫兹科学与技术热点回眸

 2020年太赫兹科学与技术在辐射源、探测器、5G/6G通信、医疗、农业、安检与军事等领域取得了一系列突破性发展,为太赫兹的工程应用和产业化起到了积极的推动作用。对2020年太赫兹科学与技术关键热点,包括6G通信、太赫兹医疗、太赫兹军事应用等进行了概述,并展望了其未来发展。     

太赫兹快速成像技术研究进展

太赫兹（terahertz,THz）成像技术有广泛的应用前景,但受现有太赫兹辐射源限制,传统太赫兹成像技术采用点扫描探测方式,导致图像采集时间过长,限制了该技术的进一步发展和应用。为了提高太赫兹成像速度,近几年提出了许多技术方案。简要介绍了传统的点扫描太赫兹成像技术,分析了影响太赫兹成像速度的原因,综述了包括快速扫描成像、太赫兹单像素成像、太赫兹波电光调制二维成像、二维太赫兹波探测器阵列（太赫兹相机）直接成像等太赫兹成像技术及其优缺点。     

正烷烃分子的太赫兹频段振动动力学

本文应用太赫兹时域光谱技术研究了C5–C10,C18,C22,C32正烷烃在太赫兹频段的光学特性,在C5–C10范围内,正烷烃的折射率随着碳链的增长而单调线性递增,在C18–C32范围内,折射率值出现拐点后与碳数成线性递增关系,而吸收系数与碳数及表面形貌之间没有明显直接的关系.结合密度泛函理论计算得到了C5–C10,C18正烷烃在太赫兹频段的振动谱,正烷烃在太赫兹频段的主要吸收模式来源为C-C链大骨架振动,并且分子大骨架振动的频率随着碳数的增加向低频移动.实验结果为石油有机质的太赫兹光谱分析提供了理论基础,表明太赫兹技术可以用于烷烃分子物理性质的预测分析.     

金属刻槽太赫兹波导传输特性分析

波导型人工结构可用于实现太赫兹生物传感器——一种重要的太赫兹功能器件。太赫兹波导在太赫兹技术及应用领域具有重要意义。利用CST电磁仿真软件建模和分析了太赫兹波在空心金属矩形波导中的传输特性,比较了在空心金属波导内部进行刻槽和在空芯部分加载介质时不同入射频率的太赫兹波的S21参数,与太赫兹光谱实验结果进行了比较、分析和验证。     

太赫兹时域脉冲成像的三维重建

太赫兹(Terahertz)脉冲成像技术是太赫兹科学与技术中的重要应用领域。飞秒激光的发展使得光导天线成为稳定、可靠的太赫兹脉冲辐射源,为太赫兹成像技术奠定了较好的基础。该文基于Matlab软件,以太赫兹时域脉冲三维成像算法及应用为中心,研究太赫兹脉冲扫描成像数据处理算法,通过对太赫兹反射成像时域脉冲波形的特定参数和峰位时间延迟进行处理,尝试实现三维成像;同时利用Matlab的GUI界面设计太赫兹脉冲成像数据分析平台,对实验数据进行分析验证。     

太赫兹快速成像技术研究进展

太赫兹(terahertz,THz)成像技术有广泛的应用前景,但受现有太赫兹辐射源限制,传统太赫兹成像技术采用点扫描探测方式,导致图像采集时间过长,限制了该技术的进一步发展和应用.为了提高太赫兹成像速度,近几年提出了许多技术方案.简要介绍了传统的点扫描太赫兹成像技术,分析了影响太赫兹成像速度的原因,综述了包括快速扫描成像、太赫兹单像素成像、太赫兹波电光调制二维成像、二维太赫兹波探测器阵列(太赫兹相机)直接成像等太赫兹成像技术及其优缺点.     

基于BP人工神经网络的大气颗粒物PM10质量浓度预测

根据2008年长沙市火车站监测点全年大气PM10及气象参数的小时平均数据,建立BP人工神经网络预测模型,预测PM10小时平均浓度。为证明人工神经网络模型用于预测PM10质量浓度的准确性,研究中考虑2种预测模型:多元线性回归模型与人工神经网络模型。研究结果表明:与传统的多元线性回归模型相比,人工神经网络模型能够捕捉污染物浓度与气象因素间的非线性影响规律,能更好地预测PM10质量浓度,拟合优度R2有较大提高;所选取气象参数及污染源强变量能较准确地描述大气PM10质量浓度的实时变化,用于PM10质量浓度的预测准确度较高,整体R2可达0.62;人工神经网络预测模型不仅适用于一般污染浓度情况,对于高污染时期PM10质量浓度的预测也较为准确。     

太赫兹科学技术及其应用研究

太赫兹技术是一个具有广泛应用前景的新兴学科,近10年来,太赫兹技术理论研究的蓬勃发展带动了太赫兹波应用研究的迅速扩大。文章简要介绍了太赫兹波的重要特性集、太赫兹技术的研究现状及应用前景,重点介绍了太赫兹科学技术在物体成像、生物医学、公共安全、网络通信和天文物理等领域的研究进展。     

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%。     

太赫兹量子级联激光器制备及其成像应用

太赫兹辐射源是太赫兹频段应用的关键器件．全固态相干太赫兹量子级联激光器作为一种重要的太赫兹辐射源具有能量转换效率高、体积小、轻便和易集成等优点．介绍了太赫兹量子级联激光器在激射频率和最高工作温度方面的研究进展,重点讨论了太赫兹量子级联激光器的制作工艺和测试方法．最后简单概述了太赫兹量子级联激光器在成像领域的应用．     

临近空间等离子体鞘套对太赫兹波传播特性分析

针对高超声速飞行器在临近空间巡航时出现的通信"黑障"问题,根据RAM C提供的飞行试验数据,建立一维等离子体鞘套模型,通过数值计算分析了等离子体与太赫兹波的相互作用机理,并从等离子体厚度、等离子体电子密度、等离子体碰撞频率和太赫兹波入射角等条件得到了太赫兹波在等离子体鞘套中的传输特性曲线。仿真结果表明:把太赫兹波段作为临近空间平台通信,有利于解决"黑障"问题,其中在大气窗口0.22THz处的衰减均在30dB以下。此论证结果可为临近空间平台设计的高超声速飞行器选用通信频段时提供参考。     

太赫兹：下一代颠覆性基础技术

<正>太赫兹（Tera Hertz,THz）,又称为太赫,或太拉赫兹,用于表示电磁波频率,1太赫兹=1万亿赫兹。太赫兹是一种新的、有很多独特优点的辐射源。太赫兹波泛指频率位于红外和微波之间、0.1—10THz波段内的电磁波。由于太赫兹波处于宏观电子学向微观光子学的过渡区,它既不完全适合用光学理论来处理,也不完全适合用微波的理论来研究。在过去很长一段时间,太赫兹波段两侧的红外和微波技术的发展已经比较成熟,但是人们对太赫兹波段的认识仍然非常有限,形成了所谓的“太赫兹空白”。     

组合预测模型构建及在合肥市PM2.5浓度预测中的应用

Dice系数是衡量两个序列接近程度的指标,将广义诱导有序加权平均(GIOWA)算子和Dice系数相结合,提出了基于GIOWA算子和Dice系数的组合预测模型,并且给出了优性组合预测的定义。将该模型应用到合肥市PM_2.5浓度预测上,选取2014-2021年共84期的PM_2.5浓度及核心影响要素的月度数据进行分析,将组合预测结果与单项预测结果进行对比,并分析了组合预测模型中参数取值发生变化时对组合预测权重、预测效果评价指标和Dice系数影响情况。实证结果表明所建立的组合预测模型的预测效果要优于单项预测模型。