太赫兹时域光谱技术

太赫兹时域光谱技术是最新的太赫兹技术,它基于宽波段太赫兹脉冲,可同时获得太赫兹波形的幅度和相位信息,在材料的远红外物性研究中有重要应用。本文涉及太赫兹时域光谱技术的基本特征、发射、探测技术和主要应用。     

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。     

太赫兹时域光谱系统检测MCT陶瓷太赫兹性能

通过固相反应法制备MgTiO3-CaTiO3陶瓷,采用太赫兹时域光谱系统测试该陶瓷样品的时域光谱,经过计算得到0.2 THz~2.5 THz频率范围内陶瓷的电容率和吸收系数;介质陶瓷的电容率随烧结温度升高先增大后减小,烧结条件为1 260℃×3 h的陶瓷性能最佳,在1 THz处电容率为18.68,吸收系数为8.52 cm-1,可望应用于太赫兹整机设备中的材料与元器件。     

基于太赫兹时域光谱技术的橡胶材料无损检测

针对橡胶材料与金属板粘接样件厚度及粘接质量,采用反射式太赫兹时域光谱(THz- TDS)系统对其进行无损检测。通过对检测数据中各点时域波形飞行时间信息的分析,得到样件橡胶部分的二维厚度分布图,实现了橡胶样件厚度分布的可视化成像;通过对检测数据中特征点波形及B-Scan图像的综合分析,判断出样件的分层缺陷。该研究结果为橡胶材料厚度及分层缺陷的无损检测提供了有效的解决办法。     

基于太赫兹波时域光谱的纸页定量检测新方法

纸页的定量值是纸页的重要参数之一,此参数的测量对造纸过程具有重要意义.但这个问题到目前并未得到很好解决.太赫兹时域光谱是一种新发展起来的基于飞秒激光技术的光谱测量技术,目前已被初步应用于很多其它领域.本文研究应用太赫兹波时域光谱技术进行纸页定量测量的可行性.提出了两种方法,一种是基于太赫兹信号幅度衰减,另一种是基于太赫兹信号的延迟时间,并比较了两种方法的性能.实验结果表明基于延迟时间方法的线性性能优于基于幅度的方法.给出了这两种方法的相对误差,结果再次表明基于延迟时间的性能优于基于幅度衰减的方法.研究表明应用太赫兹波信号的延迟时间进行纸页定量检测是可行的,此方法有可能为纸页定量检测提供一种新的解决方法.     

不同水的太赫兹时域光谱

太赫兹(THz)波检测是一种新型有效的相干检测方法,它可以同时获得被检测物质的振幅和相位信息。利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)对几种常见水进行了测谱分析;采取迭代的方法,消除了吸收近似带来的误差,完善了透射式太赫兹时域光谱技术中传统的数据处理方法;通过比较不同的滤波器,确定了Symlets9小波滤波为最优的滤波方式;拟合得到了折射率和吸收系数随频率指数变化的规律,其相关系数的平方达到0.9以上。结果表明,不同水的折射率和吸收系数变化曲线的参数值的差异和拟合相关性的不同,可以作为区分水质好坏的依据。     

一种利用透射式太赫兹时域光谱技术精确提取样品折射率的方法

运用透射式太赫兹时域光谱技术提取可区分回波样品折射率,主要依靠测得信号的相位差计算得到.具体有两种方法:一是利用参考脉冲和太赫兹波第一次透过样品的脉冲信号,二是利用太赫兹波第一次透过样品的脉冲信号和经样品内部反射两次后的第二个透射信号.实际操作中入射光束与样品表面法线存在夹角,该夹角不易测量,计算时通常忽略,这会最终引起折射率的测量误差,且该误差与选用的折射率提取方法有关.在分析两种方法因夹角引起误差的基础上,提出一种全新的折射率修正方法,该方法能从理论上消除夹角引起的误差,同时实验验证了该方法的有效性.     

运用太赫兹时域光谱技术定量分析柴油的含硫量

测量柴油样品的太赫兹时域光谱并对其含硫量进行了定量计算.在0.2 ～1.5 THz范围内,柴油的吸收系数随着太赫兹频率和硫含量呈规律性递增.基于这一变化关系建立起了硫含量与太赫兹吸收系数和频率的多元非线性模型,通过测量柴油的太赫兹光谱代入此模型即可计算出柴油的硫含量.这一结果为太赫兹时域光谱技术应用于柴油含硫量的无损快速检测奠定了理论基础,显示出巨大的应用前景.     

葡萄糖溶液的太赫兹光谱观察

生物有机分子的生物功能必须在其水溶液中实现。太赫兹波对水非常敏感,太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术能够检测生物分子——水分子界面的集体水分子网络动力学变化,是检测和研究生物有机分子溶液的理想工具。本文利用太赫兹时域光谱技术研究了葡萄糖的分子结构,获得葡萄糖及其不同浓度的溶液在室温氮气环境下的太赫兹时域吸收光谱,以及在室温真空环境下的傅里叶远红外光谱(FTFIR)。结果表明葡萄糖溶液对太赫兹波有特征吸收峰,不同浓度的葡萄糖溶液对太赫兹波的吸收各不相同。故使用太赫兹时域光谱技术能够完成葡萄糖及其不同浓度溶液的鉴别。     

时域平面近场测量的数值分析方法

本文以H面喇叭为例,研究了天线时域近场的运动状态,用谱域法分析了平面近场分布状况,得出采样原则,为平面近场扫描测量提供了理论依据。介绍了时域平面近场测量的近远场变换公式,包括时域和频域两种计算途径。对各自的优点作出了探讨。运用近远场变换方法计算了时域远场和频域方向图。     

时域有限差分法分析微带不连续性

本文采用时域有限差分（TD－FD）法分析微带不连续性问题，在研究分析方法的同时，着重分析了微带双分路线，同时还对微带阶梯，微带间隙和微带终端开路进行了分析，准确地求出了它们的散射参数，显示了TD－FD方法在解决微波电路问题上具有广泛的应用前景。     

微波电路的时域设计方法

本文研究了几种微波电路或元件和FIR数字滤波器的直接结构形式的内在关系。从而将FIR数字滤波器的窗函数设计技术引用到微波电路的设计中,提出了这些微波电路的时域设计方法。该方法具有简捷,有闭合形式公式可循等优点,尤其适合于工程设计。     

基于可见/近红外光谱技术的黄瓜叶片SPAD值检测

为了快速准确检测黄瓜叶片的SPAD值,采用可见/近红外光谱技术并结合化学计量学方法建立了黄瓜叶片SPAD值校正模型.并用不同建模方法对全波段光谱进行建模,结果表明用最小二乘支持向量机(LSSVM)建模得到的预测效果最好,其相关系数r和预测均方根误差RMSEP分别为0.9583和0.9732.通过分析黄瓜叶片的光谱反射率与SPAD值的相关系数和PLS建模回归系数,得到了531~581nm和696~716nm 2个特征波段以及556nm、581nm、698nm和715nm 4个特征波长,应用LSSVM分别对特征波段和特征波长建模.分析表明,采用特征波段建模,其预测相关系数r和预测均方根误差分别为0.9338和1.1370,与全波段建模结果相近,而采用特征波长建模效果稍差.特征波段建模大大减少了建模中的运算量,提高了建模速度,便于相应检测仪器的开发,所以,采用光谱特征波段建模对黄瓜叶片SPAD值的检测更为有效.     

红外警戒系统小目标实时检测方法

研究了一种用于红外警戒系统的小目标检测新方法。考虑实际检测图像中的目标具有低对比度、小尺寸和运动连续性以及背景包含复杂的地面场景等特点，该方法以序列图像中的连续三帧为一组进行对称差分运算，既保证了系统要求的目标检测概率和虚警率指标，又便于硬件的实时实现。本文详细讨论了该算法的软、硬件实现原理，并进行了实时性分析。     

基于半导体激光器模式跳变的甲烷浓度检测方法研究

基于单模半导体激光器的模式跃变特性,用两个不同的驱动电流交替驱动激光器使其交替输出两个波长相近的激光,一个位于甲烷的一个窄带吸收峰处,被甲烷吸收;另一个错开稍许,不被甲烷吸收,用作参考光束.光束通过气体吸收室后,经光电转换输出方波电信号,两个波长光的强度分别对应方波信号的顶部和底部,随甲烷浓度变化的光,与其相对应方波的顶部也将随着甲烷气体浓度的变化而变化;参考光束的光不被甲烷吸收,与其对应的方波的底部将不随甲烷气体浓度的变化而变化,于是方波的幅值与甲烷浓度成一一对应关系.由于二者的波长相近,当它们通过媒介气体时,尘埃引起的散射或者衰减基本相同,可以用数学方法将其消去.实验结果表明,该方法在不采用昂贵的数字锁相放大器,且气体吸收光程只有10cm的条件下,达到了0.05%的探测灵敏度.     

基于激光诱导离解光谱技术的元素识别方法

阐述了激光诱导离解光谱技术的工作原理,论述了激光诱导离解光谱技术的元素识别过程,分析了元素识别误差存在的原因,有针对性地提出了基于标准样品原子谱线的元素识别方法,建立了一套激光诱导离解光谱探测试验系统,对标准样品和待测样品进行了相关试验,试验结果证明了基于标准样品的元素识别方法的可行性和识别优势.     

信号时域提取方法结合时域有限差分法分析传输线馈电的微波元件

本文提出了一种信号时域提取方法,对于非色散传输线馈电的微波元件,利用这一方法,从时域模拟获得的总场响应中提取馈线参考面上的时域入射波和反射波,进而得到其频域特性。与传统方法相比,它可以避免通过时域有限差分法直接求解入射波和反射波,因此可以减少计算时间和计算机内存。矩形微带天线的数值模拟表明,这种方法的计算精度与传统方法完全一致。     

时域有限差分法模拟量子阱红外探测器光栅的光耦合

由于量子选择定则的限制,对于量子阱红外探测器(QWIP),必须利用衍射光栅增强其光学偶合效率,本文给出了一种基于时域有限差分法(FDTD)的数值方法,计算制备在QWIP器件上的金属光栅的衍射效应,模拟计算的结罘表明,FDTD方法是解析这种复杂结构内电磁场问题的有效手段．可以计算QWIP器件内各点电磁场所有分量的详细分布,进而可以估算衍射光栅的偶合效率,以及优化QWIP结构设计。