基于光电流模型的液体介质太赫兹辐射的理论研究

目的 超快激光作用液体介质相较于与气态、固态介质可产生更高能量的太赫兹波,相关研究工作在实验方面已相对完善,而理论方面缺少完整解释过程,运用逐步建立瞬态光电流模型的进程详尽论述其物理机制,并通过此模型研究水、丙酮等4种溶液在不同参数条件下对太赫兹的转化效率。方法 以水分子为例,在传统光电流模型的基础上,基于其电离原理构建三能级系统,通过水分子电离势确定电离弛豫时间,并联立分子驰豫时间与三阶非线性极化率来确定水分子电离率及电流强度,进而构建完整的液态溶液瞬态光电流模型,并运用该模型在两束800 nm高斯光场下,研究了在水与丙酮等4种液体中不同激光参数对太赫兹辐射能量的影响。结果 电场强度越强,导致的分子电离率越高,对应的太赫兹转换效率也越高,并且在特定的激光强度下,最强太赫兹辐射能量对应一个最佳脉宽及脉冲延迟,处于亚皮秒量级,此外,进一步对比了水和丙酮溶液中,太赫兹辐射的能量差异和时频谱特征,结果表明丙酮辐射产率始终最高。结论 在液体介质中,太赫兹辐射的能量受介质电离势、吸收系数、分子密度等多方面影响,这也同样说明和验证了丙酮综合性能参数优于水、重水和乙醇。利用光电流模型研究不同液态中太...     

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。     

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。     

冰雨环境下太赫兹波传输特性研究

基于Mie理论,并考虑水凝物粒子尺寸分布,研究了降雨、冰晶粒子以及冰雨混合环境下引起的太赫兹波传播衰减,分析了不同强度降雨环境下、不同形状参数冰晶粒子环境下和冰雨混合环境下太赫兹波的传输特性。结果表明,随着频率的增大,太赫兹波的雨衰先增大后减小。另外,太赫兹波在冰晶粒子环境下的衰减也呈现先增大后减小的规律。此外,冰晶粒子的形状参数对太赫兹波衰减影响不大。     

太赫兹等离子体激元增强传感研究进展

太赫兹作为一个大多数有机分子和生物大分子的振动和转动频率所在位置,已引起全社会的高度关注.近年来,随着太赫兹源和探测技术的不断发展更新,使得获取稳定的宽带太赫兹脉冲源成为一种常规技术.然而,相比于太赫兹波波长,由于分子的吸收截面非常小,导致微弱的相互作用,很难根据太赫兹特征光谱的变化对物质进行种类判定或定量分析的传感检测.如何增强太赫兹光谱技术的传感灵敏度,快速便捷地实现微量样品的检测,是太赫兹传感亟待解决的现实问题.电磁超表面凭借其独特的共振电场增强效应为解决这一问题提供了很好的解决方案.太赫兹等离子体激元增强传感研究自2000年起其发展已有了长足的进步,多种基于不同电磁超表面的太赫兹增强传感创新技术与方法被相继提出.本研究重点介绍这些针对太赫兹传感增强提出的表面等离子体共振传感器的最新研究进展,并详细指出它们的优势和不足.在此基础上总结了太赫兹增强传感的研究工作,并对其未来的发展方向进行展望.     

硅光子晶体光纤中太赫兹波的衰减特性分析

本文采用有限元法分析了太赫兹波在光子晶体光纤中的传输特性,并对比在不同空气孔径下,太赫兹波在光子晶体光纤中的场分布和衰减。当d/Λ=0.95时,太赫兹光子晶体波导的传输损耗达到0.0012dB/m,满足太赫兹波传输要求。     

几种沉积岩的太赫兹光谱特性研究

本文采用太赫兹时域光谱技术,研究了5种沉积岩的透射光谱性质.实验显示,不同种类的沉积岩样品在太赫兹波段有明显的峰位位移和相对峰强改变,且各样品由于成分和含量的不同,也在透射太赫兹光谱上表现出了不同的吸收和折射性质.结果表明,太赫兹光谱技术可为鉴别分析沉积岩提供方法与技术支持,继而应用于油气开发和地质勘探领域.     

利用飞秒激光脉冲整形进行太赫兹波整形

产生太赫兹的一般方法是用超短激光脉冲照射光导天线或半导体材料,产生的太赫兹脉冲形状一般比较复杂.如果要将太赫兹辐射应用于通讯,或者分子反应动力学过程的相关控制,需要能够产生任意形状的太赫兹脉冲.介绍了利用激光脉冲整形对太赫兹波整形的原理和实验研究进展,通过对激发太赫兹辐射的飞秒激光脉冲整形,可以实现对太赫兹波形的控制.控制激励脉冲序列的脉冲间隔可以改变太赫兹脉冲系列的相位关系,调制激光脉冲强度可以产生相应的二进制太赫兹脉冲编码,用周期可变的相位掩模板对飞秒激光脉冲整形实现可调谐窄带太赫兹辐射.     

基于被动太赫兹波图像的图像分割技术

研究被动太赫兹波图像的图像分割算法. 针对被动太赫兹波图像水平和竖直方向平滑程度不同的特点,提出了一种改进的高斯-拉普拉斯算子,不同于传统高斯-拉普拉斯算子各向同性的特点,改进的算子在水平和垂直方向上对边缘具有不同的检测尺度. 实验表明,利用该算子可以将被动太赫兹波图像中的人和隐匿物品自动分割,能够准确、快速地对可疑的隐匿物品进行定位,使被动太赫兹波成像技术满足实际应用的需求.