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太赫兹特点

2018.5.28

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,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。 

3. 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。

4. 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,能够探测和测量水汽含量等等。

应用:安全检查、雷达、天文学、通信

 


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