基于有机吡啶盐晶体的太赫兹频率上转换探测

利用激光泵浦国产有机吡啶盐4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲基苯磺酸盐(4-N,N-dimethylamino-4′-N′-methyl-stilbazolium tosylate,DAST)晶体,通过非线性频率上转换方法实现了室温运转的高灵敏、快响应、宽频段太赫兹探测.高效生成了近红外上转换光,采集到其脉冲包...     

皮肤含水量对太赫兹光谱参数的影响规律研究

太赫兹时域光谱技术已经用于皮肤癌、皮肤烧伤以及皮肤疤痕治疗效果的诊断和过程监测,通常采用太赫兹时域和频域光谱参数作为区分皮肤组织不同状态的诊断参量.目前最常用的皮肤活体反射式太赫兹测量装置需将皮肤放置于介质窗上来提高测量的准确性,这使得皮肤表层水分含量因为阻塞而发生变化,从而影响太赫兹诊断皮肤的精确性.随着太赫兹生物应...     

利用低信噪比小样本太赫兹光谱实现心肌淀粉样变检测

由于低信噪比的小样本太赫兹光谱的可区分性特征提取困难和样本量过少带来的深度学习模型自身的过拟合问题,将太赫兹光谱与深度学习相结合应用于心肌淀粉样变检测仍面临挑战。本文提出了一种基于多模块顺序级联的分类模型,用于心肌淀粉样变在算法层面的实时检测。首先,采集了少量的低信噪比太赫兹光谱并对其进行预处理。其次,构建了一个基于卷积降噪自编码器、多尺度特征提取模块、密集连接模块的深度学习模型。最后,通过五折交叉验证策略进行病变预测,以获得稳定、可靠的结果。10次独立重复实验和对比实验结果表明,该方法能对含噪光谱进行准确、稳定的分类,且其综合指标更优。不同样本量下的实验表明,本方法对样本量变化具有适应性：数据量为100时可达到95%的准确率;数据量仅为20时,该模型仍能取得70%的准确率。该项工作对心肌淀粉样变的实时、高效、安全诊断具有重要意义。     

以高斯波束为探针的太赫兹叠层成像系统

为了改进传统叠层成像系统探测距离较近,探针波束难以被有效利用的缺点,提出了基于聚焦高斯波束的太赫兹叠层成像实验系统.基于叠层成像原理,使用角谱传输理论,用聚焦的高斯波束替代传统小孔产生的衍射波束,通过计算机仿真实验验证这种替代的可行性,完成了相应的成像实验.结果表明,在0.1 THz波段采用聚焦的高斯波束进行太赫兹叠层...     

基于微流控技术的水的太赫兹吸收特性研究

很多生物大分子的特征振动模式和转动模式都位于太赫兹波段范围内,且太赫兹波的低电子能特性使其在实验过程中不会对待测样品造成破坏,所以可以采用太赫兹技术来鉴别生物样品。在许多研究中,生物样品都是溶液状态,溶液中水和其他分子之间的相互作用涉及很多生物现象,所以研究水的太赫兹特性就显得至关重要。众所周知,水分子是十分常见的极性分子,分子间氢键会与太赫兹波发生强烈的相互作用,从而使得水对太赫兹波有很强的吸收作用,导致利用太赫兹技术研究水溶液中生物样品的动态特性变得相当困难。为了解决这一难题,可以引入微流控技术。微流控技术以能精确操控微尺度流体而著称,其沟道深度可以达到50μm甚至更小。由于微流控技术减小了太赫兹波在流体中的传播距离,从而极大地减小了水对太赫兹波的吸收。本研究采用对太赫兹波具有高透过率的Zeonor 1420R材料制成了夹心式微流控芯片,芯片上微沟道的长度、宽度和深度分别为3 cm, 4 mm和50μm,太赫兹探测区的直径为3 mm。在制作微流控芯片时,利用厚度为50μm的强黏性双面胶代替传统夹心式微流控芯片中的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜,使微流控芯片在加热过程中不再有漏液现象...     

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...     

基于太赫兹时域光谱技术的多层涂层高效可靠测厚方法

为实现基于太赫兹技术的多层涂层的快速与可靠测厚,提出了一种自适应教与学优化算法,改进了标准Kent混沌映射,提高了初始种群多样性;并基于步长调节优化和次优个体优化,改进了教阶段与学阶段,提高算法寻优精度和效率。将该算法与太赫兹波测量多层涂层厚度的理论模型结合,建立了涂层厚度求解方法。最后,制备了多层涂层样件,开展了太赫兹无损检测实验。实验结果表明:建立的涂层厚度求解方法相比于全局最优算法的效率提高了1倍,单次实验仅需50 s左右便可快速得到多层涂层的厚度、折射率和消光系数,测量所得的多层涂层厚度的相对误差在1.5%以内,且标准差最大不超过1.7μm。基于太赫兹测量信号,所提方法可以高效、准确及可靠地计算多层涂层的厚度。     

高Q值太赫兹传感器的设计与性能仿真分析

本文设计了一种非对称金属十字单元结构，该结构由沉积于石英基底上的两个相互垂直共面金条构成。传统的金属十字结构中常用的LC谐振和偶极子谐振的辐射损耗较大，限制了超表面传感器实现高品质因子和高透射率，故通过打破传统金属十字结构的对称性，引入类Fano共振效应，从而使得透射峰灵敏度达到了218 GHz/RIU,传感器的品质因子达到了78.3。通过分析该超表面的电场和表面电流分布，探究了Fano共振效应的物理机制，并进一步研究太赫兹传感器的结构参数对透过谱的影响，通过调整结构参数优化该传感器的传感性能。最后，设计了具有不同共振频率的非对称金属十字太赫兹传感器以便后续用于不同种类的微量氨基酸溶液的检测。     

两类红花和牛黄的太赫兹光谱法真伪鉴别分析

藏红花和天然牛黄是广泛应用于临床实践的中药材，由于产量较低、药用价值和价格高，市场需求量大等因素，掺伪和伪品较多，不仅严重损害患者健康，而且妨碍市场正常运转。传统的“一看、二闻、三泡”等经验鉴别方法已经越来越难以分辨高仿伪品；而通过化学提取和色谱、质谱等理化检测方法往往步骤繁琐、费时，且对检测环境、人员及设备的要求和依赖度较高，不能适应现场、快速、简便等实际需求，亟需探索新的有效检测方法和鉴别技术。太赫兹时域光谱(THz-TDS)不但具有单纯化合物的高度专属性和特异性，又具有混合体系的“宏观指纹特征”，可以鉴别混合物化学成分的多样性和复杂性。另外，主成分分析(PCA)作为一种常用的统计分析手段，主要是用少数几个且能最大解释原始数据方差的综合变量来取代原始变量，可以对不同种类的样本进行模式识别。采用粉末研磨压片技术分别压制了藏红花和草红花样品各18个、天然牛黄和人工牛黄各20个，并利用太赫兹时域光谱测试技术分别测量了两种名贵中药材及其伪品在0.3～2.5 THz范围的吸收光谱，最后利用主成分分析方法对获得的光谱数据进行分类识别。为了提高PCA对测试数据的鉴别能力，一方面将数据集映射到一组基(特征向量)进行简化，选用较大的特征值代替原来的主要光谱信息；另一方面，为了消除无关因素对分类处理的干扰，在进行PCA之前采取了Savitzky-Golay(S-G)平滑处理进行降噪，去除冗余、不相关的光谱特征；然后通过Fisher诊断线进行判别分析。对比未处理和经过S-G平滑处理的主成分得分图，可以看出平滑处理后的分类效果明显优于未做处理的，在未处理的得分图中，两类样品点重叠比较严重，而经过平滑后的得分图却只有相对较少的部分样品点重叠，由此可以看出SG平滑在光谱识别中的重要性；另外，前两个主成分(PC1和PC2)已经基本能反映光谱之间的差异性。分类结果显示，藏红花和草红花具有明显的聚类趋势，分类鉴别准确率均为100%；而人工牛黄和天然牛黄的类内样品基本聚在一起，但是类间略有重叠，分类鉴别准确率分别为100%和90%。除此之外，样本的主成分得分图还可以反映样本的内部特征和聚类信息。其中，藏红花样本由于藏红花素、藏红花酸等化合物成分含量较高，聚合度较好，分布范围相对集中；反之，天然牛黄为胆囊分泌物，成分较为复杂，聚类效果较差，分布范围较广。研究结果表明，太赫兹光谱技术结合主成分分析可以区分藏红花和草红花以及天然牛黄和人工牛黄，结果可靠。该研究结果为丰富中草药的质量标准提供检测手段和理论依据。