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太赫兹检测技术
太赫兹检测技术
1什么是太赫兹检测技术
太赫兹检测技术是一种利用太赫兹波来检测物体大小、形状和表面属性的技术。
在该技术中，超声波会发射及反射，然后再变成信号。
当超声波在变形物体上反射时，更多的信号会被产生，这一点可以用来区分和检测物体的大小、形状和表面属性。
2太赫兹检测技术的优势
太赫兹检测技术具有以下优势：
（1）实时+高精度：太赫兹检测技术可以提供实时测量，以及极高的精度。
（2）无损检测：它的测量速度快，而且无需接触，因此测量对象不受外部刺激，也不会损坏。
（3）易于操作：太赫兹检测技术简单易用，功能强大，而且操作方便易学。
3太赫兹检测技术的应用
太赫兹检测技术广泛应用于工业质量控制，主要用于检查结构件的形状、位置、尺寸以及表面缺陷，例如检测汽车零件、气缸筒表面缺陷、空调壳体、压缩机壳体、管子表面缺陷等。
4结语
太赫兹检测技术是一项广泛应用且高效的检测技术，可以用来检测物体表面质量，以及物体的大小及形状等信息，因此在工业检测中得到了广泛应用。
THZ介绍ppt
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。
太赫兹应用研究PPT演讲稿
PPT演讲稿：第3页：它的光谱包含着丰富的物理和化学信息，所以对于物质的结构探测具有重要意义，它与传统光源有很多独特的特性。
第4页：位置介于红外与微波之间，波长30um~3mm，频率0.1THz~10THz ，光子能量极低,4.1mev(光子能量在KeV 级)。
第5页：1.脉冲在皮秒级，空间分辨率高；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10^5或更高。
2.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。
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。
安检或者以后医院的胸透都有非常好的发展潜力。
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。
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。
第8页： 1.并且THz的高频率使得成像的分辨率更高，所以可以很容易看到隐藏在衣物、鞋内的刀具、枪械等物品。
同时如果结合THz的物质鉴别特性，能够区分你身上是否携带炸药或毒品。
首都师范大学THz实验室已经建立了常见的炸药和毒品的数据谱库，可以设想再过几年，可以真正在机场见到真正的THz安检的设备。
2.炭（C）、水（H2O）、一氧化碳（CO）、氮（N2）、氧（O2）等大量的分子可以在THz频段进行探测。
而这些物质在应用THz技术以前一部分根本无法探测而另一部分只能在海拔很高或者月球表面才可以探测到。
第9页：这比当前的超宽带（500MHz-几个GHz）技术快几百至一千多倍。
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
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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
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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 ………
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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
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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
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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
太赫兹波的产生与检测 ppt
另一方面，除了激光脉冲，人们很早就发现，最早从核爆炸产生的强电 磁脉冲(脉宽在纳秒量级)对电子设备有极强的破坏力，由此引发了人们对超 短电磁脉冲的研究兴趣。
过去的几年间，该领域的一门新兴的研究课题--THz电磁脉冲产生技术
及应用受到了人们极大的关注。这是因为THz电磁脉冲正是由超短激光脉冲
选通半导体光导开关后产生的，而另外一个很重要的原因是这种电磁脉冲
者，在快速电子学、激光和材料研究中，每一种光源都有其独特的优点。这
些光源可以被粗略地分为：不相干的热辐射光源、宽波段脉冲(T－ray)光源及窄波段的连续波光源。 Nhomakorabea-
2
1) 窄频带的太赫兹光源
窄频带的光源对于高频谱分辨率测量的应用是十分重要的，在通信和极 宽频带的卫星通信上也有广泛的应用前景。所以在过去的一个世纪里，很多 研究工作集中在开发窄波段的THz光源上。很多新的技术现在仍在发展中， 包括无线电波波源频率上转换和下转换，THz激光和反向波管。主要用于发 射低功率(<100μＷ)连续太赫兹辐射的是低频微波振荡器的升频转换技术， 这些振荡器包括电压控制的振荡器和介电共振振荡器。升频转换的方法通常 是使用一个平面肖特基二极管倍增器链来实现的。使用这种方法，频率可以 高达2.7THz。气体激光器是另一种常用的产生太赫兹的光源，在这种激光器 中，利用CO2激光器抽运一个低气压腔，并在这种气体的某些发射谱线处形 成受激发射。这种光源不是连续可调的，而且通常需要大的气体腔和上千瓦 的能量输入，但这种方法可以得到高达30mW的输出功率。
能短的载流子寿命、高的载流子迁移率和介质耐击穿强度。天线结构通常
有基本偶极子天线、共振偶极子天线、锥形天线、传输线及大孔径光导天
线等
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THz成像所依据的基本原理是:透过成像样品 (或从样品反射)的THz电磁波的强度和相位包含 了样品复介电函数的空间分布。将透射THz电磁 波的强度和相位的二维信息记录下来，并经过适 当的处理和分析，就能得到样品的THz图像。
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THz成像系统的构成和工作原理与THz时域谱 测试系统相似。THz波被聚焦元件聚焦到样品的 某一点上，收集元件则将透过样品(或从样品反 射)的THz波收集后聚焦到THz探测元件上。THz探 测元件将含有位置信息的THz信号转化为相应的 电信号，图像处理单元将此信号转换为图像。利 用反射扫描或透射扫描都可以成像，主要取决于 成像样品及成像系统的性质。THz成像系统的构 成如图所示。
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（4)THz辐射对于很多非极性物质，如电介质材 料及塑料、纸箱、布料等包装材料有很强的穿透 力，可用来对已经包装好的物品进行质量检查或 者用于安全检查。
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(5)太赫兹辐射的频带宽度是微波的1000倍,是很 好的宽带信息载体，特别适合局域网的宽带无线 移动通信。
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太赫兹的产生和探测
太赫兹空白存在的根本原因是太赫兹波的产 生和检测十分困难，传统的电子学方法和光学方 法都难以产生太赫兹波和探测太赫兹波。
光学方法是在过去几十年里主要采用的、研 究的比较多的太赫兹波源产生方法。第二种方法 是最近研究开发的太赫兹量子级联激光器(THz一 QCL)，这种方法仍处在不断的发展完善阶段。第 三种方法是采用固态电子设备，这种方法目前已 经在电子学的低频段得到了很好的发展。
光电导产生/探测THz
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太赫兹成像技术
THz辐射和其它电磁辐射(如可见光、X射线、 中近远红外、超声波等)一样，可以作为物体成 像的信号源。
自从1995年利用太赫兹波成像的第一篇文章 发表以后，太赫兹波成像技术受到普遍重视，最 初利用振幅的变化研究了塑料封装的集成电路的 内部引线等结构和树叶中含水量的分布图像。
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太赫兹波(Terahert或称太赫兹辐射、T-射 线、亚毫米波、远红外，简称THz) 通常指频率 在0.1~10THz (1THz=1012Hz)范围内的电磁辐射。
若以应用频率范围的载体为坐标,则太赫兹波位 于“雷达”与“人”之间。是电磁波谱上由电子 学向光子学过渡的特殊区域，也是宏观经典理论 向微观量子理论的过渡区域。
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THz的特性: (1)低能性:THz光子的能量只有几个毫电子伏特， 约为X射线光子能量的1/106，对大部分生物细胞 无害，适合于对生物组织进行活体检查。(据悉, 目前国际上用太赫兹技术制成的医疗诊断设备降 能将这种照射对人体的伤害降低100万倍)。
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(2) 瞬态性:THz脉冲的典型脉宽在皮秒量级，不 但可以方便地对各种材料(包括液体、半导体、 超导体、生物样品等)进行时间分辨的研究，而 且通过相干取样测量技术，能够有效地抑制背景 辐射噪音的干扰。目前，辐射强度测量的信噪比 可以大于1010，远远高于傅立叶变换红外光谱技 术，而且其稳定性更好
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(3)宽带性: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到几 十THz的范围，覆盖了各种包括蛋白质在内的大 分子的转动和振荡频率，许多大分子在太赫兹辐 射段表现出很强的吸收和谐振，构成了相应的太 赫兹“指纹”特征谱，这些光谱信息对于物质结 构的研究很有价值。
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THz成像系统示意图
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太赫兹检测
由于太赫兹的特点，太赫兹检测技术的应用 已经扩展到越来越广泛的领域：生物医学科学； 无损探测技术；食品的质量控制；全球环境监测 等。太赫兹检测主要基于以下几个方面：
（1）利用频谱的应用研究：每种分子都有特 定的振动能级和转动能级，对太赫兹波产生特定 的吸收谱线。研究生物组织和化学物质的特征谱 ，可以用来鉴别化学成份。
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光电导天线图
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THz信号的探测是另一项关键技术，由于目 前THz辐射源普遍功率较低，高灵敏度、高信噪 比的探测技术显得更加重要。
THz波的探测方法有两种基于采样测量原理 的探测方法：光电导天线采样法 和自由空间电光 取样法 。
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Page 14ຫໍສະໝຸດ Page 4精选文档
THz波在无线电物理领域称为亚毫米波，在 光学领域则习惯称之为远红外辐射；从能量辐射 上看，其大小在电子和光子之间。
在电磁频谱上，THz波段两侧的红外和微波 技术已经很成熟，但是THz技术还不完善。究其 原因是因为此频段既不完全适和用光学理论来处 理，也不完全适合用微波理论来研究，缺乏有效 的产生和检测THz波的手段，从而形成了所说的 “THz空隙”
太赫兹检测技术
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吕英 仪器仪表工程
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引言
电磁波（又称电磁辐射）是由同相振荡且互 相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动， 其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效 的传递能量和动量。电磁辐射可以按照频率分类 ，从低频率到高频率，包括有无线电波、微波、 红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等 等
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（2）利用时域谱的应用研究：对于太赫兹波与 物质的相互作用，通过振幅和相位变化的测量， 可以表征固体、液体和气体材料的电子、晶格振 动和化学成分等性质。可以研究材料的吸收系数 、折射率、介电常数、频移等性质。许多对可见 光不透明而对X光完全透明的材料，可以用太赫 兹波进行测量。 （3）利用THZ波能够多种非金属和非极性材料的 特性。
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绝热泡沫
航天飞机外挂燃料箱的铝制外壳覆盖有热防 护系统,所用的是几英寸厚的泡沫状材料，它们被 逐层喷涂在基底上。图为火箭燃料箱泡沫板内的 缺陷的太赫兹成像，图中的4个缺陷是用锡箔纸 做的人工缺陷，从泡沫板的太赫兹图像中可以清 晰地看出4个缺陷的边缘以及缺陷的凸起和凹陷 。