THZ介绍ppt
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THz辐射简介
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1 绪论 (1)1.1 THz辐射简介 (1)1.2 国内外发展概况 (2)1.3 THz辐射的产生和检测技术概述 (3)1.4 论文的主要内容 (5)2 基于光子混频的THz辐射的产生和检测技术研究 (5)2.1 基于光子混频的THz辐射的产生和检测技术原理 (6)2.2 对光电导体的要求 (9)2.3 对激光器的要求 (9)2.4 自相关仪间接观察THz辐射的理论分析 (10)2.5 本章小结 (15)3 双波长单纵模光纤激光器理论研究 (15)3.1 光纤激光器的基本理论 (16)3.2 实现双波长单纵模激光输出的关键问题 (21)3.3 多波长激光输出的实现方法 (23)3.4 单纵模激光输出的实现方法 (24)3.5 双波长单纵模光纤激光器理论设计与分析 (26)3.6 单纵模的判别方法 (36)3.7 本章小结 (38)4 数值模拟与仿真 .......................................................................................... 错误！未定义书签。
4.1 EDFL的理论模型............................................................................ 错误！未定义书签。
太赫兹(THz) 科学技术及应用
Chopper
(四) THz波的应用
美国: 主要研究力量
目前全世界有 100个以上的研 究小组在进行 与THz 有关的 研究 欧洲: Teravision, Terabridge Teraview Ltd. 日本: Tera-photonics
台湾: Tera-photonics
China: NNSFC 新的 THz 项目
’
三. 在医学成像、诊断上的特殊作用
● MR, CT, PET 在医学成像中发挥很大的作用，但有局限性。
● CT, PET 均采用离子化辐射，可能会引起别的疾病; ● MR 和 CT不能对骨头成像； ● PET 有很高的灵敏度但空间分辨率差。 ● T-ray 成像可能解决上述问题： THz 与 X-ray 的最大区别在于，它在远红外区，光子能量 比 X-ray 小约百万倍，没有离子化辐射问题； THz 频率段正好处在分子相互作用段，它可以给出位置和密 度的信息。可用于分子活动的研究，并给出很高的空间分辨率 （~ 300um）。 它很少散射，使成像很简单，不需要进行散射校正。 THz –ray在成像中的最重要的特性是，在THz –ray 作用下， 不同的分子具有特定的相互作用，可用于在分子尺度上的材料 确定，用于诊断疾病和癌疹的早期发现。 THz –ray可用于计算机照相，THz –ray CT可获得三维分子 或化学的图象，其分辨率可达 um 量级。
1. THz在安全检查上的应用
报纸
尖刀 !!
THz在安全检查上的应用
恐怖分子
T-射线 收发器
人质
当警察需要从屋外确知人质、恐怖分子和武器的详细位置和 状况的时候，我们可否使用THz收发器来帮忙?
2. THz在毒品检测中的应用
THz技术及其应用
03
THz波传输与调控技术
自由空间传输技术
01
02
03
大气窗口利用
利用大气中特定的THz波 传输窗口，实现长距离无 线通信。
天线设计
针对THz波的波长特点， 设计高效、紧凑的天线结 构，提高传输效率。
波束控制技术
通过相位控制、波束赋形 等技术，实现THz波的自 由空间定向传输。
光纤传输技术
低损耗光纤
发展高灵敏度、快速响应的THz探测器，实现微弱 信号的准确检测。
成像算法
研究先进的图像处理算法，提高成像分辨率和对 比度，降低噪声干扰。
THz成像应用场景与挑战
应用场景
THz成像技术在安检、生物医学、无损检测等领域具有广泛应用 前景。
技术挑战
THz成像技术面临着THz源功率不足、探测器灵敏度有限、成像 速度较慢等技术挑战。
研究可靠的波导连接与封装技术，实 现THz波导系统的高效集成。
波导材料选择
选用低损耗、高稳定性的材料制作波 导，确保THz波的传输质量。
THz波调控方法
超材料调控
利用超材料的特殊电磁特性，实现对THz波的幅度、相位等参数的 灵活调控。
液晶调控
利用液晶材料的双折射效应，通过改变液晶分子的排列方式实现对 THz波的调控。
成像原理
THz成像利用THz波与物质相互作 用产生的透射、反射和吸收等效 应，获取目标物体的空间分布信 息。
系统架构
THz成像系统主要包括THz源、探 测器、光学系统和数据采集与处 理等部分。
THz成像关键技术研究进展
THz源技术
研究高功率、宽频带、可调谐的THz源，提高成像 质量和效率。
探测器技术
THz波具有穿透性强、能量适中等特点，可用于生物医学 治疗，如通过THz波照射病变组织，实现无创、非热性的 治疗方法。
《太赫兹时域光谱》课件
决定太赫兹波的频率分辨率和测量精度。
脉冲整形方法
利用光学元件或数字信号处理技术对太赫兹波进行整形。
光电导天线
01
02
03
天线材料
半导体材料如硅、锗等， 用于将电信号转换为光信 号。
天线结构
单天线、天线阵列等，影 响太赫兹波的发射和接收 效率。
天线性能
灵敏度、带宽等，决定太 赫兹波的探测精度和范围 。
在食品生产、加工和储存过程中，太赫兹 技术可以检测食品的新鲜度、农药残留和其 他污染物，确保食品安全。
05 太赫兹时域光谱的未来发 展
技术创新与突破
探测器技术
研发更高效、高灵敏度的太赫兹探测器，提高光谱检测的精度和 速度。
光源技术
开发新型太赫兹光源，实现更稳定、更宽频谱的光发射。
信号处理技术
利用人工智能和机器学习算法，优化太赫兹信号处理和分析，提高 数据处理效率和准确性。
数据分析
根据实验目的，对处理后的数据进行进一步分析，如提取光谱信息、计算吸收 系数等。
04 太赫兹时域光谱的应用实 例
生物医学应用
疾病诊断
太赫兹时域光谱能够检测生物组织的分子振动和旋转，从而揭示其 结构和功能。在疾病诊断中，它可以用于检测癌症、炎症和其他疾 病。
药物研发
通过观察药物分子与生物分子相互作用时的太赫兹光谱变化，可以 研究药物的疗效和副作用，加速新药的研发进程。
《太赫兹时域光谱》 PPT课件
目录
CONTENTS
• 太赫兹时域光谱概述 • 太赫兹时域光谱系统 • 太赫兹时域光谱实验技术 • 太赫兹时域光谱的应用实例 • 太赫兹时域光谱的未来发展
01 太赫兹时域光谱概述
太赫兹波的定义与特性
总结词
脉冲整形方法
利用光学元件或数字信号处理技术对太赫兹波进行整形。
光电导天线
01
02
03
天线材料
半导体材料如硅、锗等， 用于将电信号转换为光信 号。
天线结构
单天线、天线阵列等，影 响太赫兹波的发射和接收 效率。
天线性能
灵敏度、带宽等，决定太 赫兹波的探测精度和范围 。
在食品生产、加工和储存过程中，太赫兹 技术可以检测食品的新鲜度、农药残留和其 他污染物，确保食品安全。
05 太赫兹时域光谱的未来发 展
技术创新与突破
探测器技术
研发更高效、高灵敏度的太赫兹探测器，提高光谱检测的精度和 速度。
光源技术
开发新型太赫兹光源，实现更稳定、更宽频谱的光发射。
信号处理技术
利用人工智能和机器学习算法，优化太赫兹信号处理和分析，提高 数据处理效率和准确性。
数据分析
根据实验目的，对处理后的数据进行进一步分析，如提取光谱信息、计算吸收 系数等。
04 太赫兹时域光谱的应用实 例
生物医学应用
疾病诊断
太赫兹时域光谱能够检测生物组织的分子振动和旋转，从而揭示其 结构和功能。在疾病诊断中，它可以用于检测癌症、炎症和其他疾 病。
药物研发
通过观察药物分子与生物分子相互作用时的太赫兹光谱变化，可以 研究药物的疗效和副作用，加速新药的研发进程。
《太赫兹时域光谱》 PPT课件
目录
CONTENTS
• 太赫兹时域光谱概述 • 太赫兹时域光谱系统 • 太赫兹时域光谱实验技术 • 太赫兹时域光谱的应用实例 • 太赫兹时域光谱的未来发展
01 太赫兹时域光谱概述
太赫兹波的定义与特性
总结词
第10章-太赫兹波的产生与检测PPT课件
10．1．2 光整流 光整流是太赫兹脉冲产生的另一种机制，它是电光效应的逆过程。此外，飞秒的激光脉冲也是必需的，
但是与激光束触发光电导材料不同，光整流发射的太赫兹光束的能量直接来源于激光脉冲的能量。光整流 的转换效率主要依赖于材料的非线性系数和相位匹配条件。
-
5
两个光束在线性介质中可以独立传播，而不改变各自的振荡频率。但是在非线性介质中，两个单色光 束将发生混合，从而产生和频振荡和差频振荡。在出射光中，除了有与入射光相同频率的光波外，还有新 的频率(例如和频)的光波。而且当一束高强度的单色激光在非线性介质中传播时，它会在介质内部通过差 频振荡效应激发一个恒定(不随时间变化)的电极化场。恒定的电极化场不辐射电磁波，但在介质内部建立 一个直流电场。这种现象称为光学整流效应，它是最早发现的非线性光学效应之一。由于这种效应缺乏实 际的应用背景，所以除了早期用于验证它和线性电光效应之间的关系之外，并没有引起研究者的重视。
THz(1012Hz)辐射通常指的是频率在 0.1～10 THz(波长在 30 μm～3 mm)之间的电磁波，其波段在微波 和红外光之间，属于远红外波段，如图 10−1 所示。在 20 世纪 80 年代中期以前，由于缺乏有效的产生方 法和检测手段，科学家对于该波段电磁辐射性质的了解非常有限。近十几年来，超快激光技术的迅速发展， 为 THz 脉冲的产生提供了稳定、可靠的激发光源，使 THz 辐射的产生和应用得到了蓬勃发展。
超短激光脉冲的发展为光学整流效应的研究和应用开辟了新的途径。根据傅里叶变换理论，一个脉冲 光束可以分解成一系列单色光束的叠加，其频谱决定于该脉冲的中心频率和脉冲宽度。在线性介质中，因 为每个单色分量都可以独立传播，出射光的频谱和波形与入射光相比没有根本的变化，其差别仅来源于介 质的色散特性。但非线性介质中，这些单色波分量不再 独立传播，它们之间将发生混合。和频振荡效应产生频 率接近于二次谐波的光波，而差频振荡效应则产生一个 低频振荡的电极化场，这种低频的电极化场可以辐射出 太赫兹波段的低频电磁波。
太赫兹(THz)物理、器件及其应用PPT文档46页
太赫兹(THz)物理、器件及其 应用
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
4一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
4一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
太赫兹时域光谱ppt课件
太赫兹时域光谱技术
太赫兹历史及国内外发展状况 太赫兹时域光谱技术的优势 太赫兹时域光谱系统
透射型太赫兹时域光谱技术 反射型太赫兹时域光谱技术
小结
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
1.太赫兹历史及国内外发展状况
家支柱技术十大重点战略目标”之首 ；
• 目前,世界上约有130多家研究机构开展了相关的
光电子材料、太赫兹激光器、太赫兹光谱学及相 关生物医学成像等研究。
• 我国对太赫兹研究起步较晚, 2005年11月22日,在
北京香山饭店召开 “太赫兹科学技术的新发展” 为主题的第270次学术讨论会 。
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
PBS ：渥拉斯顿棱镜—产生两个偏振方向垂直的分量
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
• 原理：该系统利用电光取样的方法进行测量。 • 当THz脉冲电场通过电光晶体时，其瞬态电场将
通过线性电光效应使电光晶体的折射率发生各向 异性的改变，从而调制晶体的折射率椭球。当另 一束探测光和THz 脉冲同时通过晶体时，在晶体 中产生的双折射使探测脉冲的偏振方向发生偏转， 调整探测光脉冲和THz 脉冲间的时间延迟,检测探 测光在晶体中发生的偏振变化就可以获得THz 脉 冲电场的时间波形。
4.小结 在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认光谱系统在实验调节上比较方
便，但是在测量样品方面，该系统比较适用于固 体材料的测量，样品的大小受到限制；同时测量 样品不应该吸收太严重，否则会降低测量的频率 范围和测量的精度。
太赫兹历史及国内外发展状况 太赫兹时域光谱技术的优势 太赫兹时域光谱系统
透射型太赫兹时域光谱技术 反射型太赫兹时域光谱技术
小结
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
1.太赫兹历史及国内外发展状况
家支柱技术十大重点战略目标”之首 ；
• 目前,世界上约有130多家研究机构开展了相关的
光电子材料、太赫兹激光器、太赫兹光谱学及相 关生物医学成像等研究。
• 我国对太赫兹研究起步较晚, 2005年11月22日,在
北京香山饭店召开 “太赫兹科学技术的新发展” 为主题的第270次学术讨论会 。
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
PBS ：渥拉斯顿棱镜—产生两个偏振方向垂直的分量
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
• 原理：该系统利用电光取样的方法进行测量。 • 当THz脉冲电场通过电光晶体时，其瞬态电场将
通过线性电光效应使电光晶体的折射率发生各向 异性的改变，从而调制晶体的折射率椭球。当另 一束探测光和THz 脉冲同时通过晶体时，在晶体 中产生的双折射使探测脉冲的偏振方向发生偏转， 调整探测光脉冲和THz 脉冲间的时间延迟,检测探 测光在晶体中发生的偏振变化就可以获得THz 脉 冲电场的时间波形。
4.小结 在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认光谱系统在实验调节上比较方
便，但是在测量样品方面，该系统比较适用于固 体材料的测量，样品的大小受到限制；同时测量 样品不应该吸收太严重，否则会降低测量的频率 范围和测量的精度。
制冷原理thz
3.2 单级压缩式制冷的理论循环
• 制冷剂的状态图 作用（1）通过已知的状态参数求未知的状态参数；（2） 表示热力过程，进行热力过程和循环分析。 T-s图，p-h图（尤为重要）
3.2 单级压缩式制冷的理论循环
• 理论循环： • 假定： （1）TH , TL 恒定，制冷剂在相变传热过程中没有传 热温差，即 T T , T T K H o L （2）不计过热度和过冷度； （3）除膨胀装置和压缩机外，制冷剂流经其他部 件和管道没有压力变化； （4）除换热器外，其他部件和管道与外界没有热 交换； （5）压缩过程为可逆的等熵绝热压缩过程。
热电制冷
• 工作原理 物理定律 • 系统简图 • 通过并联或串联方式， 可以改变制冷温度和 制冷量。 • 没有制冷工质和循环。 • 能量转换效率低，常 用于特殊场合。
气体涡流制冷
1.进气管；2.喷嘴；3.涡流室；4.孔板；5.冷端管子 6.热端管子；7.控制阀
气体涡流制冷
• T-S 图 • 特点： 结构简单、维护方便、 启动快、能达到较低 温度；效率低。
第1章 绪论
• 制冷循环： 1）研究对象是制冷剂，不同的制冷剂在相同 的条件下的循环热力性能是不一样的； 2）制冷机中的各个设备与外界能量交换的数 量可以通过制冷剂通过该设备的焓变化反 映出来； 3) 工况对循环性能有极大的影响。
第1章 绪论
1.3 制冷技术的领域划分 120K以上：普冷 120 – 20K：深度制冷 20 – 0.3K：低温制冷 0.3K以下：超低温制冷
3.4 制冷剂-----实用制冷剂 • 天然制冷剂环保最好，但是通常有些热力 性能和工作安全性的问题。氟利昂通常热 力性能好，价格贵，并注意环保问题。 • 氟利昂： （1）ODP要求的替代： R11-----R123，R245ca，R245fa R12-----R134a R22-----R407C，R410A，R410B R502---R404A,R507
THz技术--课件
THz基础技术原理
1 半导体THz源
THz量子级联激光器等
辐
射
基于光子学的THz发生器 2
源
光电导天线和光整流等
基于真空电子学的THz辐射源
3
THz真空器件、电子迴旋脉塞和自由电子
激光等
THz基础技术原理
1.半导体固态THz源 优点：小巧、价格低廉、频率可调 缺点：功率难以做大，需在超低温条件下运转
太赫兹波谱
太赫兹光谱中含有丰富的物理和化学信息，大多物质在太赫兹
波段都有指纹谱，利用不同的太赫兹光谱技术可以研究物质在太赫兹波
段的性质。
基础科学研究
物理、化学、生物医 学、信息科学
太
赫
空间观测
星际介质、行星探 测和宇宙背景探测
兹
波
质量检测
食品、药品、材料无
损检测等
谱
军事、国土安全
生化探测、反恐、缉 毒、雷达等
利用超快激光脉冲泵浦光导材料，在光导材料内产生电 子-空穴对，在外加偏置电场作用下加速运动，形成瞬态 光电流，辐射出脉冲太赫兹辐射
THz基础技术原理
光 整 流 效 应
利用飞秒激光脉冲和非线性介质相互作用而产生低频 电极化场, 此电极化场在晶体表面辐射出太赫兹电磁 波
THz基础技术原理
3.基于真空电子学的THz辐射源 反波管、耿氏二极管振荡器等真空电子器件，电子
THz基础技术原理
基于美国托马斯杰斐逊国家加速器装置的FEL
FEL的注入器与直线加速器
FEL的扭摆器
FEL的电子回收段
THz基础技术原理
FEL的低温组件及束线 FEL的控制室与用户实验室
THz基础技术原理
最新进展
太赫兹(THz)技术资料讲解
太赫兹(THz)技术一、基本概念 (1)1. 太赫兹波 (1)2. 太赫兹波的特点 (1)二、国内外研究现状 (2)1. 美国 (3)2. 欧洲 (3)3. 亚洲 (3)三、太赫兹技术的应用 (4)1. 太赫兹雷达和成像 (4)2. 太赫兹通信 (5)3. 太赫兹安全检查 (6)4. 太赫兹无损检测 (7)5. 环境探测 (7)6. 生物医学 (8)7. 天文观测 (8)8. 材料特性的研究 (9)四、太赫兹技术的研究内容 (9)1. 太赫兹辐射源 (9)2. 太赫兹波段信号的探测 (10)3. 太赫兹功能器件 (10)五、我们能做些什么 (10)一、基本概念1.太赫兹波太赫兹(Terahertz)一词是弗莱明(Fleming)于1974年首次提出的，用来描述迈克尔逊干涉仪的光谱线频率范围。
太赫兹(THz, 1THz=1012Hz)频段是指频率从十分之几到十几太赫兹，介于毫米波与红外光之间相当宽范围的电磁辐射区域。
THz波又被称为T射线，在频域上处于宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，在电子学向光子学的过渡区域。
长期以来由于缺乏有效的THz辐射产生和检测方法，对于该波段的了解有限，使得THz成为电磁波谱中最后一个未被全面研究的频率窗口，被称为电磁波谱中的“太赫兹空隙”（Terahertz Gap）。
2.太赫兹波的特点THz波具有很多独特的性质。
从频谱上看，THz 辐射在电磁波谱中介于微波与红外辐射之间；在电子学领域， THz辐射被称为毫米波或亚毫米波；在光学领域，它又被称为远红外射线；从能量上看, THz波段的能量介于电子和光子之间。
THz的特殊电磁波谱位置赋予它很多优越的特性，有非常重要的学术价值和应用价值，得到了全世界各国研究人员的极大关注。
THz 波的频率范围处于电子学与光子学的交叉区域。
在长波方向，它与毫米波有重叠，在短波方向，它与红外线有重叠。
在频域上， THz处于宏观经典理论向微观量子理论的过渡区。
THz generation and dtection太赫兹电磁波的产生和检测PPT
Dt, Dw
c(2)
P(t)
ETHz(t)
2P(t) 2t
E T( H t) z J ( tt) 2 P 2 ( tt) c (2 ) 2 I 2 (tt)
22-50
精选ppt
23-50
光电子学——光电导天线
偶极天线发射THz波原理
p
-
+
a
-+
p
dipole
p=qa
laser
h+ e-
研究生系列讲座——
太赫兹电磁波的产生和检测
1-50
精选ppt
提纲
1 太赫兹波的产生 2 太赫兹波的检测
太赫兹技术和应用 3 太赫兹波光谱
4 太赫兹波成像
2-50
5 ………
精选ppt
提纲
1 太赫兹波的产生 2 太赫兹波的检测
太赫兹技术和应用 3 太赫兹波光谱
4 太赫兹波成像
3-50
5 ………
精选ppt
精选ppt
高莱探测器 （Golay Cell）
➢ 非相干测量 ➢ 0.1 THz — 100 THz ➢ NEP: 10-10 W/Hz1/2 ➢ R = 1.5×105 V/W
34-40
精选ppt
热释电探测器 （Pyroelectric detector）
➢ 非相干测量 ➢ 0.1 THz — 100 THz ➢ NEP: 10-9 W/Hz1/2
microwaves
visible x-ray g -ray
100 103 106
109 1012 1015 1018 1021 1024 Hz
dc kilo mega giga tera peta exa zetta yotta
太赫兹(THz) 科学技术及应用共49页文档
太赫兹(THz) 科学技术及应用
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
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27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
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28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
THz的生物效应和其应用医学课件
THz的生物效应和其应用
第5页
二、THz波 生物效应作用机 理
2.THz波 生物热效应
THz波 生物热效应与其她电磁波一样, 也
是由THz波加热水引发 。
THz的生物效应和其应用
第6页
二、THz波 生物效应作用机 理
3.THz波 非热效应机理 THz波与氨基酸、肽和蛋白质 相互作用 THz波与DNA 相互作用 THz波与糖类 相互作用
三、THz波在生物医பைடு நூலகம்中 应 用
• THz在生物医学上 应用前景很大, 在皮肤癌 诊 疗和诊疗、DNA 检测、THz断层成像、THz药品 分析和检测等方面都显示了强大 功效和成效。
• 基于对蛋白质及基因特征 研究, 可建立起THz生 物分子诊疗技术。
THz的生物效应和其应用
第12页
三、THz波在生物医学中 应 用
第3页
一、THz波介绍
特点 光谱 特征吸收 低能性 高灵敏度 宽带性 水吸收性
THz的生物效应和其应用
第4页
二、THz波 生物效应作用机 理
1.原始物理作用效应机理和过程
THz波所含有 能量在10-3~10-2eV范围内, 含有一定 量子效应, 能引发生物大分子 转 动、振动和摆动等运动, 即能够使分子中 电子在量子转动能级和振动能级之间跃迁, 产生对THz波 共振吸收, 从而使生物大分 子 构象和功效发生改变。
THz的生物效应和其应用
第7页
THz波与氨基酸、肽和蛋白质 相互作用
THz辐射与氨基酸溶液 相互作用关键为分子转动和 振动模式间 相互作用。
对于蛋白质来说, 其作用关键表现在蛋白质 集体振动 模式。蛋白质分子吸收THz电磁波 能量, 可能会引发 该分子体系中 小分子氨基酸残基 转动能量增加, 从 而使转动量子处于高激发态, 引发蛋白质分子 转动能 量 增加, 使它们 构象或结构发生很大 改变, 最终对 蛋白质分子 生物功效产生很大影响。
terahertz-58页PPT精选文档
4) 由于THz波波长相对更短,在完成同样功能的情况下,天线 的尺寸可以做得更小,其他的系统结构也可以做得更加简 单、经济
相比较于光通信：
1) THz光子能量低,只有103 eV,这大概是光子能量的l/40,因 此,相比于光通信而言, 能量效率更高;
2) THz波具有很好的穿透沙尘烟雾的能力,因此可以在大风沙 尘以及浓烟等恶劣环境下进行正常通信工作。
更多军事应用前景
警方巡逻安全扫描,可 及时发现人群中携带危
险武器的恐怖分子。
军事作战中,探测敌对 分子的武器藏匿处
Capital Normal University
更多军事应用前景
THz成像可 THz成像可 以显示前方 示前方灰尘 灰尘或烟雾 雾中的坦克。 中的坦克
Capital Normal University
光纤波导THZ通信系统（TOF）
MUX——光合波器 DEMUX——光分波器 DEFA——掺铒光纤放大 器 A——光载毫米波信号多波长光源 B——毫米波无线链路 A1——天 线1 An——天线 CS——总站 BS——基站 OT——光检测器 UD—— 上行数据
TOF应用方向——室外微蜂窝无线传输
基于太赫兹TOF的室外微蜂窝无线通信系统
相比较于微波通信：
1) THz通信传输的容量大,THz波的频段在108 1013 Hz
之间, 比微波通信高出l~4个数量级,可提供高达10Gb/S的无线
传 2) T输Hz速波率束,比更当窄前,方的向超性宽更带好技,可术以快探几测百更甚小至的上目千标倍以及更精 确
地定位 3) THz波具有更好的保密性及抗干扰能力
NTT无线通信系统简图
目前，日本NTT公司太赫兹通信系统已实现小于10m 的近程传输和大于1km的远程通信。
相比较于光通信：
1) THz光子能量低,只有103 eV,这大概是光子能量的l/40,因 此,相比于光通信而言, 能量效率更高;
2) THz波具有很好的穿透沙尘烟雾的能力,因此可以在大风沙 尘以及浓烟等恶劣环境下进行正常通信工作。
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THz成像可 THz成像可 以显示前方 示前方灰尘 灰尘或烟雾 雾中的坦克。 中的坦克
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MUX——光合波器 DEMUX——光分波器 DEFA——掺铒光纤放大 器 A——光载毫米波信号多波长光源 B——毫米波无线链路 A1——天 线1 An——天线 CS——总站 BS——基站 OT——光检测器 UD—— 上行数据
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相比较于微波通信：
1) THz通信传输的容量大,THz波的频段在108 1013 Hz
之间, 比微波通信高出l~4个数量级,可提供高达10Gb/S的无线
传 2) T输Hz速波率束,比更当窄前,方的向超性宽更带好技,可术以快探几测百更甚小至的上目千标倍以及更精 确
地定位 3) THz波具有更好的保密性及抗干扰能力
NTT无线通信系统简图
目前，日本NTT公司太赫兹通信系统已实现小于10m 的近程传输和大于1km的远程通信。
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2. Technology of Terahertz 太赫兹通信技术 THz用于通信可以获得10GB/s的无线传输速度，特别 是卫星通信，由于在外太空，近似真空的状态下，不 用考虑水分的影响，这比当前的超宽带技术快几百至 一千多倍。这就使得THz通信可以以极高的带宽进行 高保密卫星通信。
2. Technology of Terahertz 太赫兹辐射源 1. 利用激光产生太赫兹波 一类是在光导开关或半导体中产生超快光电流,其原理是 基于电场载流子的加速度或者光丹倍效应;第二类是由 非线性器件产生太赫兹波,例如利用光整流、差频光参 量振荡等技术产生太赫兹信号
专题介绍： 太赫兹(Terahertz)技术
1. Introduction of Terahertz THz波（0.1THz～10THz）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，其介于微波与红外之间。 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 谱 到 达 9um （ 0.009mm ） 和 20um （0.02mm），之后又有到达50um的记载。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。
2. Technology of Terahertz 进展/现状 1. 太赫兹检测器中最常见的是外差检波器,即检测太赫兹 波和本振信号的频率之差的中频信号。因为这种检测 手段对本振信号的稳定性要求较高,近年来,人们将研究 重点放在与直接检测相关的技术和器件上。 2.基于低温超导器件的探测技术最为灵敏。 优点:1) 一般,人们利用平面工艺技术制备低温超导器件,容 易发展多像元阵;2)低温超导器件动态范围广,响应时间 短。 超导 SIS (superconductor-insulator- superconductor)太 赫兹探测器和热电子测热福射计是典型的超导太赫兹 探测器。SIS探测器可以探测0.1THZ-1.2THZ范围的信 号，HEB可探测的频率范围更宽,目前,可探测的最高频 率约为5THz。
Bell实验室于1994年研制出世界上第一个量子级联激光器, 其频率约为70THZ。2002年,R. Kohler 等利用半导体 材料GaAs/AIGaAs异质结构制备出辐射频率低至 4.4THZ的器件。2005年,Q. Hu等制备的谐振声子QCL 的辐射频率为1.59THz
3.基于电子学和固态电子器件的太赫兹源
2. Technology of Terahertz 成像技术 利用 已知 波形的太赫兹电磁波作为成像射线,透 过成 像样 品 或从样 品反射 的太 赫兹 电磁波 的强度 和相位 包 含 了样品复介 电常数的 空 间分布。将透射的太赫兹 电磁波的强度和相位的二维信息记录 下来, 并经过适 当的 数字处理和频谱分析, 就能得 到样品 的太赫兹电磁波的三 维图像。
…
1. Introduction of Terahertz
特点： 1. THz 脉冲的典型脉宽在皮秒量级，不但可以方便地进 行时间分辩的研究，而且通过取样测量技术，能够有 效地抑制远红外背景噪声的干扰。 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。 3. THz 光子的能量低，只有几毫电子伏特，因此不容易 破坏被检测物质，且 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
2. Technology of Terahertz 太赫兹扫描成像 第一个太赫兹 成像, 是1995 年由Hu Binbin 得得到。该成 像系统是基于 电光太赫兹时 域光 谱技术。太赫兹时域波 形通过 800nm的脉 冲激光激 发光 导体转换到太赫兹的范 围内得到, 他们利用数字电路 进行实时的数字信号 处理。 太赫兹实时成像 利 用 电光 晶体和 CCD 实现 实时成像, 与扫 描成像相比,可 以很快地提高信息的提取速度。 由于 CCD不能捕捉到太赫兹信 号,为此必 须利用 电光晶体进 行频率下转换。每个象素点所 对 应 的电光 晶体的折射率的 变化是由太赫兹电场的强度 所 决定的。当另一束激光穿 过 电光 晶体时, 由于太赫 兹场所 引起的晶体的折射率的变化将 会调制通过 晶体的激光因而太 赫兹信息被转化为光频。 1996年, 张希成等实现 了实时 成像具体的光路 图。
2. Technology of Terahertz Conclusion 难点/研究： 1.探测器超导材料、新型人工材料研究 2.大部分研究为设计仿真得到，离现实化仍有距离 3.实现天线在高频率下的高增益，满足现实通信系统要求。 德国Piesiewicz R.采用射线跟踪技术对集成介质透镜的 4×4微带贴片天线进行研究证明在0.3THz的室内通信 天线增益仅需达到30dB就可以满足系统要求。
2. Technology of Terahertz 太赫兹近场成像 为了进一步提高分辨率，Hunsche等于1998年第一次提出赫兹 近场成像。我们知道在近 场情况下, 分辨率不再由波长决定而 是决定于孔径的大小。他们利用 Al 掺cr /N i合金 做成尖锥形 结 构, 将分辨率提 高到四分之波长。
2. Technology of Terahertz 太赫兹天线 工作频率处于亚太赫兹波段的天线主要有角锥波纹喇叭天 线、对角喇叭天线、矩形微带贴片天线以及对数周期 天线等。喇叭天线、抛物面天线等末端开口波导天线 是目前研究的重点。为了克服单一设备的功率受限问 题,基于单向传输载流子的阵列天线集成技术已被广泛 研究。目前,频率为300GHz的3x3阵列天线输出总功率 有望达到1mw。 进展/现状 Brendel C等人在1mm厚的晶体上设计工作频率762GHz 对数周期偶极子天线。 Liu Y等人研究设计工作在0.5THz具有良好天线模式的集 成太赫兹H面天线。 王玥等人基于纳观域碳纳米管进行了太赫兹波天线研究， 设计了全新的碳纳米管太赫兹天线。
2. Technology of Terahertz 其他太赫兹通信最新进展 1. 美国麻省理工学院(MIT)的研究人员们透过在两层铁电 材料间夹进高迁移率的石墨烯薄膜，从而实现可直接在 光讯号上操作的太赫兹级频率晶片。 2. 加拿大的INRS Énergie Matériaux Télécommunications 研究中心的团队已经开发出第一个宽带太赫兹隔离器 3. 日大学利用小型半导体元件在室温下实现太赫兹波无线 数据传输的技术
2. Technology of Terahertz 最新进展 1. 高温超导太赫兹辐射源 2. 德国达姆施塔特工业大学的科学家成功研发出可在常 温下使用的微型太赫兹发射器，并创造了1.111太赫兹 的电子发射器频率纪录
Conclusion 难点/研究： 1. 提高辐射源的辐射功率和辐射频率，现辐射功率还未 突破mW级 2. 较低频段性价比较高的可调连续波固态源
• Piesiewicz R, Jacob M, Koch M, et al. Performance analysis of future multigigabit wireless communication systems at THz frequencies with highly directive antennas in realistic indoor environments[J]. Selected Topics in Quantum Electronics, IEEE Journal of, 2008, 14(2): 421-430.
2. Technology of Terahertz 太赫兹辐射源 2.量子级联激光器(QCL) QCL属于单极性器件,它是由同一种载流子(电子或者空穴) 在同一种能带中的不同子带之间的跃迁来实现光辐射。 通过调整势垒材料、厚度等来调节载流子不同子带间 的能量间隔,进而调节载流子受激辐射的电磁波频率。 另一方面，QCL通过周期结构的级联可以有效提高辐 射功率。
太赫兹射线计算机辅助成像(T-ray computed tomography)
2. Technology of Terahertz 最新进展： 为了获得物体和材料的太赫兹图像，太赫兹技术很难人为 的控制太赫兹波。波士顿大学的物理教授Willie J. Padilla 和他实验室的研究员们，最近发表了一项简单有效的实现 太赫兹成像的突破性成果。Padilla团队同时使用光学和电 子学的控制方法，利用编码孔径来快速有效的操纵难以处 理的太赫兹波，发展出了一种单像素点成像技术。
/schools/cas/physics/people/willie_padilla.h tml
2. Technology of Terahertz Conclusion 难点/研究： 1. 高强度稳定的太赫兹源 2. 传播反射折射的半导体等材料研究 3. 成像的清晰度提高，成像速度提升 4. 机械结构简单化，成本降低
ห้องสมุดไป่ตู้
3. end 太赫兹天线相关文章 1. Brendel C, Scholtyssek J M, Ludwig F, et al. HTS Josephson Junction Cantilever With Integrated Near Field THz Antenna[J]. Applied Superconductivity, IEEE Transactions on, 2011, 21(3): 319-322. 2. Liu Y, Si L M, Zhu S H, et al. Experimental realisation of integrated THz electromagnetic crystals (EMXT) Hplane horn antenna[J]. Electronics letters, 2011, 47(2): 80-82. 3. 王玥,吴群,施卫,贺拥军,基于纳观域碳纳米管的太赫兹波 天线研究[J]，物理学报，2009，52(2):919-924.