太赫兹技术及其应用研究进展

概述了利用光整流、光电导天线、参量振荡、空气等离子体等方式产生太赫兹(THz)波,以及利用电光取样、光电导天线、空气等离子体等探测THz波的方法。阐述了THz时域光谱技术以及近年来发展的异步电光取样技术。讨论了THz技术在各领域的应用。重点介绍了本课题组近年来致力于THz检测技术在毒品检测识别方面的研究情况。建立了含有38种纯度在90%以上的THz毒品谱库,并采用人工神经网络、支持向量机等方法对毒品进行计算机自动识别,研究确定了毒品纯度和有效成分含量的理论和实验方法。用高斯软件对个别品种,如甲基苯丙氨(MA)、氯氨酮、海洛因进行了光谱解析,研究结果为实现毒品的实验室检测提供了依据。最后,简单综述了THz技术的发展前景。     

Kamers-Kronig关系在反射太赫兹时域光谱测量中的应用

太赫兹时域光谱技术是材料介电参数测量的重要方法,是材料研究、鉴别和分析的重要工具。太赫兹时域光谱技术是一种太赫兹频段的相干探测技术,可以同时获得太赫兹波的幅度和相位信息,通过透射测量、反射测量可获得材料的复透射率或复反射率来反演材料的电磁参数。在实际中,大多数被测材料太赫兹波无法穿透,或者不满足透射材料参数反演需要的弱吸收近似,因此反射测量更具应用价值。在已发表的研究结果中,研究人员仍普遍采用透射测量的方案,很少见使用反射测量方案获取材料参数。究其原因,在反射测量时,由于样品和参考板位置的放置误差很难消除,从而导致无法准确提取反射相位。将光学领域广泛使用的Kamers-Kronig关系应用于太赫兹时域光谱系统反射测量中,以解决反射测量中无法准确获得相位信息从而无法提取介电参数的问题。为了验证Kamers-Kronig关系的准确性,一方面,通过透射、反射方法分别测量硅材料的复透射率、复反射率并反演了其材料参数,两者的反演结果一致性较好。另一方面,利用同一组硅的反射测量数据分别用Kamers-Kronig关系和最大熵法对其材料参数进行反演,两种处理方法也可以实现相互印证,进一步确保了提取数据的可靠性。对Kamers-Kronig关系和最大熵方法所取得的结果进行了对比讨论,通过Kamers-Kriong关系和最大熵法获得的折射率、消光系数以及复介电参数结果一致性较好,且基于Kamers-Kriong反演了一种精神药物的吸收谱,与透射结果做了比对。结果表明,Kamers-Kronig关系非常适合提取材料光学参数和吸收谱,且相比最大熵法其普适性更强,甚至对于无法获取相位信息的非相干测量系统依然适用,但该方法需要整个频段的反射率幅度信息,对于没有测量的频率需要进行外推,对于反射率随频率变化不大的物质更加适用。该研究成果对于利用反射式太赫兹时域光谱系统获取材料太赫兹波段的光学参数提供了一种有效方法,可解决绝大数情况下反射测量参数提取问题,对太赫兹时域光谱技术的实际应用具有重要意义。