太赫兹特点及其应用

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1、太赫兹特点及应用摘要：物质的太赫兹光谱（包括透射谱和反射谱）包含着非常丰富的物理和化学信息，研究物质在该波段的光谱对于物质结构的探索具有重要意义。关键词：太赫兹、波段、应用在这次的电子科学概论的讲座中，让我接触到了电子本科生专业的发展走向以及许多科技性前沿的研究领域。让我明白了本科生的培养是向宽口径发展，重在打好基础，为日后的专业性研究以及工程上的应用和创新奠定良好的基础。知识的应用要靠实践的积累。而东大的止于至善的理念把我们引领到研究型领域的前沿。从太赫兹到微波光子的波段研究，再到光传感、通信与网络技术等工程研究展现了东大电子强大的研究型团队力量。光子的研

2、究、真空技术的探索无不显示东大走在科技的前沿；电路与系统的设计、显示中心的开发无不显示了东大走在工程设计的高峰。在泛泛的了解到如此之多的学科领域之后，让我印象尤其深刻的是太赫兹的技术与应用。太赫兹THz波（太赫兹波）或称为THz射线（太赫兹射线）是从上个世纪80年代中后期，才被正式命名的，在此以前科学家们将统称为远红外射线。太赫兹波是指频率在0.1THz到10THz范围的电磁波，波长大概在0.03到3mm范围，介于微波与红外之间。实际上，早在一百年前，就有科学工作者涉及过这一波段。在1896年和1897年，Rubens和Nichols就涉及到这一波段，红外光

3、谱到达9um（0.009mm）和20um（0.02mm），之后又有到达50um的记载。之后的近百年时间，远红外技术取得了许多成果，并且已经产业化。但是涉及太赫兹波段的研究结果和数据非常少，主要是受到有效太赫兹产生源和灵敏探测器的限制，因此这一波段也被称为THz间隙。随着80年代一系列新技术、新材料的发展，特别是超快技术的发展，使得获得宽带稳定的脉冲THz源成为一种准常规技术，THz技术得以迅速发展，并在实际范围内掀起一股THz研究热潮。目前，国际上对太赫兹辐射已达成如下共识，即太赫兹是一种新的、有很多独特优点的辐射源；太赫兹技术是一个非常重要的交叉前沿领域，

4、给技术创新、国民经济发展和国家安全提供了一个非常诱人的机遇。它之所以能够引起人们广泛的关注、有如此之多的应用，首先是因为物质的太赫兹光谱（包括透射谱和反射谱）包含着非常丰富的物理和化学信息，所以研究物质在该波段的光谱对于物质结构的探索具有重要意义；其次是因为太赫兹脉冲光源与传统光源相比具有很多独特的性质。THz射线的特点人们关注THz技术的原因是THz射线普遍存在，是人们认识自然界的有效线索和工具。但是相对于其他波段的电磁波比如红外和微波，对它的认识和应用非常匮乏。其次，THz射线有它自身的特点。1.由于太赫兹的频率很高以及脉冲很短（皮秒量级），所以具有很高

5、的空间分辨率时间分辨率。太赫兹成像技术和太赫兹波谱技术由此构成了太赫兹应用的两个主要关键技术。另外，THz脉冲的典型脉宽在皮秒量级，通过取样测量技术，能够有效地抑制远红外背景噪声的干扰。目前，脉冲THz辐射通常只有较低的THz射线平均功率，但是由于THz脉冲有很高的峰值功率，并且采用相干探测技术获得的是THz脉冲的实时功率而不是平均功率，因此有很高的信噪比。目前，在时域光谱系统中的信噪比可达105或更高。2.THz脉冲源通常只包含若干个周期的电磁振荡，单个脉冲的频带可以覆盖从GHz直至几十THz的范围，许多生物大分子的振动和转动能级，电介质、半导体材料、超导

6、材料、薄膜材料等的声子振动能级落在THz波段范围。因此THz时域光谱技术作为探测材料在THz波段信息的一种有效的手段，非常适合于测量材料吸收光谱，可用于进行定性鉴别的工作。而且太赫兹在粮食选种，优良菌种的选择等农业和食品加工行业有着良好的应用前景。1.THz光子的能量低，只有几毫电子伏特，不会对物质产生破坏作用，因此不容易破坏被检测物质，所以与X射线相比更具有优势。2.许多的非金属非极性材料对THz射线的吸收较小，因此结合相应的技术，使得探测材料内部信息成为可能。陶瓷，硬纸板，塑料制品，泡沫等对THz电磁辐射是透明的，因此THz技术可以作为x射线的非电离和相

7、干的互补辐射源，用于机场、车站等地方的安全监测，以及用于集成电路焊接情况的检测等。而极性物质对THz电磁辐射的吸收比较强，特别是水，THz光谱技术中应采取各种措施避免水分的影响，不过在THz成像技术中，可以利用这一特性分辨生物组织的不同状态，比如动物组织中脂肪和肌肉的分布，诊断人体烧伤部位的损伤程度，及植物叶片组织的水分含量分布等。太赫兹成像技术与其他波段的成像技术相比，它所得到的探测图像的分辨率和景深都有明显的增加（超声、红外、X－射线技术也能提高图像分辨率，但是毫米波技术却没有明显的提高）。另外太赫兹技术还有许多独特的特性，如在非均匀的物质中有较少的散射

8、，能够探测和测量水汽含量等等。THz成像技术跟其他波