石英玻璃太赫兹光学参数测量的误差分析

测量液体或气体样品的太赫兹光学参数时,常采用石英玻璃作为容器,因此在计算样品的折射率和吸收率时需要考虑石英玻璃太赫兹光学参数的影响。文中利用太赫兹时域谱技术测量了石英玻璃的太赫兹时域光谱,根据测量模型计算了太赫兹波段的折射率和吸收率,并利用误差传播理论分析了这些光学参数的误差。结果发现折射率误差在0.2~2.0 THz范围内基本保持不变,而吸收率误差则随频率增大而呈指数增大。这对于提高测量石英玻璃容器中的气体及液体样品太赫兹光学参数的准确性具有重要价值。     

太赫兹时域光谱反射式层析成像技术

改性聚丙烯（PP）材料由于其阻燃、高抗冲性能等特点被广泛应用在汽车仪表板、保险杠等汽车配件中,采用无损探伤技术对改性PP材料进行检测是汽车配件质量保证的必要手段。搭建了透射式太赫兹时域光谱系统及反射式太赫兹时域光谱成像系统,采用透射式THz-TDS系统对改性PP材料的光学参数进行了检测,测定了该材料在太赫兹波段的折射率,其数值为1.53。设计了一种改性PP材料平底洞样品,采用反射式THz-TDS成像系统对其进行成像,采用了反卷积滤波技术对THz信号进行处理,提高了信号的信噪比,提出了一种基于飞行时间的太赫兹时域光谱层析成像技术,采用已测定的改性PP材料的折射率,通过飞行时间层析成像技术对该样品的太赫兹检测结果进行了三维重构,厚度测量精度为0.01mm。     

基于太赫兹反射谱提取光学参数不确定度分析

利用太赫兹光谱技术计算物质的光学参数已成为各领域的研究重点。由于太赫兹系统以及算法提取过程依然存在缺陷,无法实现对物质光学参数的精确测量。为提高光学参数的测量准确度,对反射式太赫兹时域光谱系统进行全面的不确定度分析。首先分析了基于太赫兹反射时域光谱提取光学参数、折射率和消光系数的7种误差来源,并分别建立了折射率和消光系数的不确定度模型;然后,以葡萄糖多晶薄片样品为例,计算其在0.2~2.0 THz频段的折射率和消光系数的各种误差因素占综合不确定度的比例,总结误差因素对不确定度的贡献。其中,样品厚度测量的随机误差对折射率的影响最大,占总误差的80%;传递函数误差对消光系数的影响最大,占总误差的99%。最后,对减小折射率和消光系数的不确定度提出了建议,如采用自参考方法提取光学参数,采用智能优化算法对样品厚度和光学参数进行优化,修正Fabry-Perot效应等。     

利用太赫兹时域光谱同时确定样品厚度和折射率

太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术给人们提供了一种快速和准确地确定材料在太赫兹波段光学参数的工具。由于材料的厚度对其折射率的提取精度影响很大,而材料的厚度通常不能够准确地测量,为了避免测量厚度误差给确定光学参数结果带来的影响,发展能够同时确定样品的厚度和折射率的方法至关重要。由于材料内部的往返反射信号较弱,对Duvillaret等提出的方法在计算频段和迭代算法上进行了一些改进,使得计算结果更加准确,操作更加方便、快捷。并对两种典型材料聚乙烯和硅片的厚度和折射率进行了提取,以验证这种方法的有效性。     

正入射反射式太赫兹光谱测量的不确定度分析

太赫兹时域光谱技术能够快速、宽频带测量物质在太赫兹频段的光学或介电常数, 是物质识别的重要技术.光学常数的测量准确度完全受到复杂的测量过程和数据处理所影响.针对正入射反射式THz光谱测量, 分析了在测量材料介电特性过程中的误差来源, 它们包括太赫兹幅值误差、位置误差以及样品倾斜误差.建立了单独表征每个误差来源对于光学常数影响的不确定度分量的公式.利用MATLAB仿真了每个误差来源对于光学参数不确定度的影响.     

核黄素和烟酸的太赫兹(THz)光谱研究

以飞秒激光为基础的太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)是一种新型的相干远红外光谱测量技术.文章利用THz-TDS研究了室温下核黄素和烟酸在0.2～2.0THz范围内的光学特性,得到了对应的吸收谱和折射率谱.结果表明核黄素和烟酸在此波段有明显的特征吸收峰且吸收谱存在显著差异.两种样品的平均折射率分别为1.70和1.65.这项研究为维生素类药物分子鉴别及更宽有效光谱区的实验测试研究提供了新的实验方法.     

不等光程法太赫兹波段材料光学参数的精确测量

近20年,太赫兹科学技术发展迅速,太赫兹波与物质之间的相互作用成为研究热点。理论推导并实验验证了一种提高太赫兹波段材料折射率、吸收系数等参数测量精度的方法。以两种厚度的高密度聚乙烯板（3.5 mm、5.0 mm）为样品,将不等光程测量法与常规太赫兹时域光谱测量方法进行比较,分别获得了0.5~2.5 THz频率范围的高密度聚乙烯的折射率和吸收系数,结果显示两种方法测量样品的折射率和吸收系数有较大的差异。常规法和不等光程法得到的折射率分别为1.505和1.483。常规法在1.465 THz附近出现一个峰值,而不等光程法得到的吸收系数在1.166 THz和2.431 THz出现特征吸收峰。证明不等光程法能更加精确提取材料光学参数,并可以揭示常规方法无法测得的材料特征吸收峰,为太赫兹波段精确测量材料光学参数提供了新的方法。     

正入射反射式太赫兹光谱测量的不确定度分析（英文）

太赫兹时域光谱技术能够快速、宽频带测量物质在太赫兹频段的光学或介电常数,是物质识别的重要技术.光学常数的测量准确度完全受到复杂的测量过程和数据处理所影响.针对正入射反射式THz光谱测量,分析了在测量材料介电特性过程中的误差来源,它们包括太赫兹幅值误差、位置误差以及样品倾斜误差.建立了单独表征每个误差来源对于光学常数影响的不确定度分量的公式.利用MATLAB仿真了每个误差来源对于光学参数不确定度的影响.     

高速太赫兹时域光谱系统中平衡探测器的设计

平衡探测器是直接探测太赫兹信号的器件,位于高速太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统末端光信号检测部分,是将光学信号转变为模拟电信号的关键器件,其性能决定了测量出的THz信号的精确度。利用2个低噪声光电二极管串联,直接探测出2束激光的差值光电流,降低了探测噪声;选用增益带宽乘积为4 GHz的运算放大器对差值光电流进行两级放大,得到高动态范围的THz信号,提高了THz信号的探测速度,并测量了α-乳糖一水合物吸收峰,得到了和文献中相同的吸收峰。     

离子径迹电光学性质的太赫兹时域光谱

为了深入研究离子径迹的电光学性质,室温下用太赫兹时域光谱（THz-TDS）测量高能重离子辐照的聚苯乙烯（PS）和聚乙烯（PE）,获得了辐照样品的光学常数。研究发现,在离子沉积能量或离子剂量较高时,辐照PS和PE的吸收系数相比未辐照样品都有显著增加,这是由于辐照产生的碳团聚体对太赫兹波有吸收作用;对折射率而言,辐照PS的折射率增加而辐照PE的折射率降低,这与2种聚合物的结构有关。用有效介质理论提取出辐照聚合物中离子径迹的光学常数,并用Drude-Lorentz模型对其进行拟合,由拟合参数计算出了离子径迹的直流电导率。与常规接触测量法获得的离子径迹的电学参数进行比较,发现2种测量结果的差异是由于沿径迹方向能量沉积的不均匀性造成,THz-TDS测量结果更能反映高能量沉积区域物质的电学性质。     

太赫兹波传播过程中横模分布的成像

研究了焦点位置附近太赫兹波的横模分布,目的在于了解系统中太赫兹波的横向分布情况,为进行太赫兹光谱和成像实验提供依据。通过太赫兹波逐点扫描成像,对经常被用来放置测试样品位置附近的太赫兹波横模分布情况进行了定性的分析。利用“狭缝法"测量了太赫兹光束的束宽。结果表明,太赫兹波在焦点附近不同位置的横向分布有较大差异,在焦点处对应于最长波长1.5 mm的最小光斑直径约为1.0 mm,这说明太赫兹波的聚焦有一定的限度。实验确定了系统中放置样品的最佳位置,对开展太赫兹光谱和成像研究有参考价值。     

THz波产生技术

在介绍太赫兹技术的基础上,系统论述了太赫兹波的各种产生技术及其发展动态。     

基于THz QCL 和THz QWP 的数字通信演示系统

随着无线通信速率需求的增加和材料生长、器件工艺制作水平的提高,太赫兹（THz）通信已成为未来高速无线通信系统发展的一个重要方向。介绍了太赫兹通信的特点以及国际上太赫兹通信系统的发展现状,并报导了一种利用太赫兹量子级联激光器（THz QCL）作为发射源,太赫兹量子阱探测器（THz QWP）作为接收器的太赫兹数字通信演示系统。该系统采用On-Off-Key（OOK）调制和直接强度检测方式,通信频点为3.9 THz,通信距离为2.2 m,传输速率可达1 Mbps 以上。最后探讨了该系统的带宽限制因素及其在通信速率方面的潜力。     

Continuous-wave THz imaging

The first THz imaging spectrometer based on continuous-wave THz radiation is presented. The new setup is less expensive than conventional time-domain imaging systems that comprise femtosecond lasers. The system uses a two-colour external-cavity laser diode. Hence it is much more compact as compared to systems based on optically pumped solid-state lasers. As an example we investigate a human liver with metastasis     

太赫兹波混合器设计

太赫兹波（THz）是频率介于毫米波与红外光之间的辐射。本文设计了一种太赫兹波混合器,通过透镜将太赫兹波聚焦到124×124热释电列阵相机,并对其所生成的图像进行计算机优化处理,同时,对有无透镜情况下的电场模值分布进行了仿真模拟比较。     

太赫兹雷达成像技术

从体制角度论述了近几年来国内外各大主要研究机构对太赫兹雷达成像的研究情况,及其应用和未来的发展方向等.太赫兹雷达技术是一项正在蓬勃发展的技术,由于其波长与机理介于光学与微波之间,因而可以获取光学和微波所不可探测的信息.太赫兹雷达成像技术的发展为高分辨太赫兹空间遥感奠定了基础.     

THz Properties of Adhesives

We determined the THz properties of 12 different adhesives which are mainly used for industrial purposes. The adhesives applied can be classified according to their chemical structure: epoxy resins, acrylic resins, and polyurethane based materials. This work represents a basis for future studies, which will concentrate on aging effects, including the absorption of water of adhesive joints. Thus, the dielectric properties of the unaged adhesives are investigated and the results of these measurements are described herein.     

Subwavelength Dielectric-Fiber-Based THz Coupler

We demonstrate a terahertz (THz) directional coupler for future THz applications including THz power dividers, THz communications, and THz fiber-endoscopes. By using subwavelength polyethylene fibers, we successfully established a single-mode fiber-based THz directional coupler. Unlike traditional directional couplers, the demonstrated subwavelength directional fiber coupler shows less dependency on the overlapped length of two fibers and the delivered THz frequency in our interested minimal-attenuation wavelength regime. By tuning the geometry, we also show the feasibility to control the coupling ratio.      

Confocal THz Laser Microscope

We transfer the principle of the optical confocal microscope to a far-field THz imaging system based on an optically pumped gas laser emitting radiation at 2.52 THz. This results in a contrast enhancement. To illustrate the image quality improvement, we show THz images of different objects taken with the suggested scheme and compare them to images taken with other systems.     

太赫兹雷达成像技术

从体制角度论述了近几年来国内外各大主要研究机构对太赫兹雷达成像的研究情况,及其应用和未来的发展方向等。太赫兹雷达技术是一项正在蓬勃发展的技术,由于其波长与机理介于光学与微波之间,因而可以获取光学和微波所不可探测的信息。太赫兹雷达成像技术的发展为高分辨太赫兹空间遥感奠定了基础。