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。     

太赫兹波段液晶材料的应用及研究进展

液晶材料在太赫兹频谱的应用正在兴起。首先介绍了基于液晶材料设计的太赫兹功能器件的最新研究进展,然后分别从实验和理论角度总结了太赫兹光谱学的基本原理,最后展望了本领域未来的研究方向——研究液晶分子结构对其太赫兹光电特性的影响规律。     

基于太赫兹时域光谱的壁画信息提取的可行性研究

采用太赫兹时域光谱技术对传统中国壁画的部分制作流程进行了分析,获得了壁画制作每个流程的太赫兹时域反射谱。研究了传统中国壁画在0.2～1.0 THz频率范围内的太赫兹光谱特性,得到了其在室温环境下的太赫兹吸收谱和折射率。结果表明,各样品的折射率平均值和吸收系数的峰值频率差异显著。研究结果能为太赫兹时域光谱技术在壁画信息提取领域的应用提供参考。     

生物组织脱水过程的太赫兹时域光谱

利用透射式太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术对猪脂肪、肌肉和皮肤三种新鲜组织的持续脱水过程进行在线连续扫描,观察太赫兹波时域谱在组织脱水过程的变化,并分析比较三种组织脱水前后的太赫兹波吸收系数及折射率的改变及差异.结果表明,太赫兹波对新鲜组织含水量的改变十分敏感,新鲜组织的含水量是影响太赫兹波吸收系数的主要因素.同时,不同组织对太赫兹的吸收有明显差异,表明太赫兹光谱技术可以鉴别不同的组织类型.本研究为太赫兹技术在生物医学领域的进一步研究和应用提供了帮助.     

光子晶体光纤及其在太赫兹波段的应用

太赫兹(Terahertz, THz)技术作为一项非常重要的交叉前沿学科,给环境检测、生物医学、空间通信等领域带来了深远的影响,但因为THz波导传输性能的影响,THz技术综合发展仍然受到一定限制。光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber, PCF)作为一种新型THz波导,拥有无限单模特性、色散灵活可调、可控的非线性、高双折射等特性,极大的促进了THz技术的发展。首先根据PCF的结构特点总结了实芯PCF(Solid Core PCF, SC-PCF)和空芯PCF(Hollow Core PCF, HC-PCF)各自的发展历程、导光机理和光学特性;其次,梳理了用于THz波导的PCF存在的问题以及对应的解决方法;然后,着重介绍了PCF在THz时域光谱、THz传输与通信以及THz光纤耦合传感中的应用;最后,对PCF在THz技术的应用做了总结与展望。     

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。     

宽带太赫兹偶极子光电导接收天线研究

太赫兹光电导天线广泛应用于宽带脉冲太赫兹波的检测,是太赫兹光谱和成像系统中的重要器件。偶极子光电导天线由于其结构简单、制作容易成为使用最广泛的一类太赫兹光电导接收天线。衡量太赫兹光电导探测天线的一个重要指标是其响应带宽。针对偶极子天线的探测带宽,分别对天线臂长为10、50、150 m的偶极子天线及一种作为对比的178 m的蝶形天线（Bowtie antenna）进行了实验及理论研究。结果显示其探测带宽随天线臂长增加而减小,与微波天线理论一致。进一步的,采用商用电磁场数值仿真软件进行建模仿真,仿真结果与理论及实验结果具有很好的一致性,证实数值仿真已在很大程度上模拟出实际天线的特性,从而为优化结构参数制作大宽带和高灵敏度的太赫兹天线提供支持。同时,对超半球硅衬底透镜对天线接收频谱的影响也进行了探讨。     

基于太赫兹光谱的乙二醇含水率检测方法研究北大核心CSCD

乙二醇水分含量检测标准方法为卡尔·费休法,该方法操作繁琐、耗时长,且存在人为误差等缺点,提出基于太赫兹时域光谱技术检测乙二醇中含水率的新方法,采用透射式太赫兹时域光谱系统对不同含水率(0~50)的乙二醇溶液进行测定,获得其时域光谱,计算得到不同含水率乙二醇样本的吸收系数和折射率;采用标准正态变换、Savitzky Golay平滑等方法组合对光谱数据进行预处理,基于处理后折射率和吸收系数建立PCR、PLSR、SVR三种预测模型,通过对比模型的相关系数和均方根误差,选出最优的定量分析模型。结果表明:在基于吸收系数建立的预测模型中,经SNV处理后乙二醇吸收系数的SVR模型预测性能最佳,其预测集R^(2)与RMSEP分别为09941和000451;在基于折射率建立的预测模型中,经S G平滑预处理后乙二醇折射率的SVR模型预测性能最佳,预测集R^(2)与RMSEP分别为09988和000507;均具有较高的预测精度。研究表明,文章实现了乙二醇含水率快速、无损和高精度检测,所提方法能为乙二醇质量快速评价提供技术指导,也为有机溶剂水分含量检测提供一种新思路。     

石墨烯太赫兹波段性质及石墨烯基太赫兹器件

石墨烯在太赫兹波段的优异性质,使其在太赫兹源、太赫兹探测和太赫兹调控三个方面都具备广阔的应用前景。主要对石墨烯在太赫兹波段的性质及石墨烯基太赫兹器件的相关研究进行了综述,并对石墨烯在太赫兹波段的应用前景进行了展望。在石墨烯太赫兹波段性质方面,主要介绍了石墨烯的电导模型、静态和超快光谱响应特性,以及表面太赫兹波辐射特性。在石墨烯基太赫兹器件方面,主要综述了基于光、电、磁调控的太赫兹主动器件,石墨烯基超材料的太赫兹调制器,基于阻抗匹配的减反射调控器件,以及可调太赫兹源器件的最新研究进展。     

室温下中药附子的太赫兹波谱分析

为了对中药附子的道地性和品种进行鉴别以及控制产品质量,采用了飞秒激光激发光电导天线的太赫兹时域光谱技术,对同一产地4种不同制片方式的附子样品在室温干燥环境进行了检测和分析。结果表明：附子的太赫兹时域谱包含有幅度和相位信息,频谱具有较好的重复性,4种附子样品频谱明显分为两组。4种样品的太赫兹折射率存在明显的差异,可对不同的制片方式进行直观鉴别。由于吸收随着频率增加而增加,纯附子压片样品的有效频谱范围为0.2～1.05 THz,在此频谱范围内没有明显的特征吸收峰,吸收谱与THz频谱一致,因此附子道地性鉴别应考虑因不同制片方式造成的差异。     

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。     

太赫兹频率下镁掺杂对氧化锌纳米粉体介电性能的影响

利用偶极天线LT-GaAs发射的太赫兹时域光谱(THz-TDS)研究单晶氧化锌、未掺杂和Mg掺杂的ZnO纳米粉末(粒子)在室温下的太赫兹光谱特性。在0.2~2 THz频率范围内研究了样品的功率吸收和折射率。结果发现,镁掺杂提高了样品材料的吸收效率,同时降低了氧化锌材料的折射率。相比较氧化锌单晶,未掺杂和Mg掺杂氧化锌纳米颗粒的太赫兹介电性质呈现类似的行为,该结果与横向光学E1(TO)声子模式有关。     

有机磺酸掺杂聚苯胺的光电性能

对十二烷基苯磺酸（ Ｄ Ｂ Ｓ Ａ） 掺杂的聚苯胺进行了光电性能测试,结果表明： Ｄ Ｂ Ｓ Ａ 掺杂的聚苯胺在光照射下,光生载流子明显增大;感光材料的加入有利于聚苯胺在可见光区的吸收,并增加其导电性。对 Ａｌ－ Ｐ Ａｎ － Ｄ Ｂ Ｓ Ａ－ Ａｌ 结构的介电弛豫研究表明,在 Ｄ Ｂ Ｓ Ａ 掺杂聚苯胺的薄膜中存在空间电荷极化现象。通过理论计算与测试得知,掺杂态聚苯胺的寿命为微秒级, 迁移率为１ ×１０ － ３ ～１ ×１０ － １ ｃｍ ２／（ Ｖ·ｓ） 。从聚苯胺的电导率与温度关系中得到该材料的活化能,并分析了掺杂态聚苯胺的导电机理。     

Optical and Dielectric Properties of Chalcogenide Glasses at Terahertz Frequencies

Terahertz time‐domain spectroscopy has been used to study the optical and dielectric properties of three chalcogenide glasses: Ge₃₀As₈Ga₂Se₆₀, Ge₃₅Ga₅Se₆₀, and Ge₁₀As₂₀S₇₀. The absorption coefficients α(ν), complex refractive index n(ν), and complex dielectric constants ?(ν) were measured in a frequency range from 0.3 THz to 1.5 THz. The measured real refractive indices were fitted using a Sellmeier equation. The results show that the Sellmeier equation fits well with the data throughout the frequency range and imply that the phonon modes of glasses vary with the glass compositions. The theory of far‐infrared absorption in amorphous materials is used to analyze the results and to understand the differences in THz absorption among the sample glasses.     

基于氧化钼薄膜的光控太赫兹传输特性研究

本文采用热蒸发法制备了沉积在硅片上的200nm 氧化钼(MoO₃)的太赫兹调制薄膜。 在室温条件下,通过傅里叶光谱仪和太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)技术,研究了MoO₃薄膜在不同激励光功率下的太赫兹传输特性。提出了薄膜重要光学参数的提取模型,利用透 射式太赫兹时域光谱技术测量了薄膜的时域信号,分别计算了太赫兹波在薄膜中的透过率及 调制效率及薄膜的复介电常数变化。结果表明,在980 nm激光器条件 下,随着激光器功率 的提高,MoO₃薄膜的太赫兹调制深度逐渐增加。在激光功率为266 mW时,在0.26 THz处 透过率达到最低为61%,调制效率(Modulation factor)达到最高为10%。通过分析MoO₃薄膜 的复介电常数及载流子密度变化,得出了激发生成的载流子浓度的提高导致介电常数的改变 , 增强了薄膜的导电性,从而减低了太赫兹波在薄膜中的透过率的结论。为MoO₃薄膜应用在 太赫兹波段调制领域提供了实验数据。     

纸太赫兹半波片的制作和测试

采用普通的打印纸经过简单工艺制作出纸太赫兹半波片。使用太赫兹时域光谱(THzTDS)技术,测量了纸波片在200 GHz~400 GHz的折射率、吸收系数、频谱、消光比、参数C等光学特性随纸波片取向的变化关系,将实验结果与理论分析相结合,发现该纸波片是对频率为282.5 GHz的半波片。     

含酞菁功能基聚苯胺的光电性能

对用酞菁铜功能基改性的两种分子结构的聚苯胺( 掺杂型和接枝型) 进行了光电性能的测量。根据紫外吸收谱发现,用酞菁铜磺酰氯接枝的聚苯胺和酞菁铜磺酸掺杂的聚苯胺均在可见光区、近红外区具有较强的吸收。使用光源照射改性后的聚苯胺片材及薄膜,光电流显著增长,酞菁铜磺酰氯接枝的聚苯胺经照射后光电流最大可达到10 m A( 电压为0 .5 V) 。可见,用酞菁铜功能基改性的聚苯胺光电导性能得到改善。     

一种工作于太赫兹频段的石墨烯天线

为克服金属材料在太赫兹频段的工艺不足,利用石墨烯在该频段的特性,设计了一款工作于1.0 THz的石墨烯贴片天线。根据随机相位近似(RPA)的石墨烯表面电导率模型,研究了面电导率与频率(太赫兹波段)以及化学势的变化关系,确定了石墨烯材料的物理参数。该天线结构由石墨烯贴片,聚酰亚胺衬底和地板组成。利用HFSS软件优化,其尺寸仅为220 μm×140 μm×9 μm。石墨烯贴片天线工作频段为0.98~1.02 THz,-10 dB相对阻抗带宽为4.0 %,最大辐射方向上的增益达7.32 dB。此外,该天线具有尺寸小,轻便,机械性能稳定,结构简单且易集成的特点。     

介质层对超材料太赫兹响应特性的控制规律

作为超材料的重要组成部分,介质层是影响超材料响应特性的关键因素.固定超材料的尺寸和表层金属图形,通过理论推导和仿真模拟详细分析了在太赫兹波段下介质层的介电常数和厚度两个参数对超材料响应特性的控制规律,并首次确定了响应频率与介电常数的关系方程.结果表明,在其他参数不变的情况下,超材料的响应频率主要取决于介质层的介电常数的实部大小,而其吸收率则主要取决于介质层的厚度.据此,提出一种设计超材料的新方法:首先将设计要求的响应频率代入频率方程计算出相应介质层的介电常数,由此挑选合适的介质材料;然后固定介电常数、调节介质层厚度,获得在特定频率具有特定吸收率的超材料.