太赫兹科学与技术进展-张希成
太赫兹科学技术研究的新进展
太赫兹科学技术研究的新进展一、本文概述随着科学技术的飞速发展,太赫兹(Terahertz,简称THz)科学技术研究逐渐成为全球范围内的热点领域。
太赫兹波,位于微波和红外线之间,其频率范围在1-10 THz,具有独特的物理和化学性质,如高穿透性、低能量性和宽带信息等,使得太赫兹波在通信、生物医学、安全检查等领域具有广阔的应用前景。
本文旨在综述近年来太赫兹科学技术研究的新进展,包括太赫兹波的产生、检测、成像技术,以及其在不同领域的应用案例,以期为太赫兹科学技术的进一步发展和应用提供参考和借鉴。
在本文中,我们首先简要介绍太赫兹波的基本概念和特性,然后重点综述太赫兹波的产生和检测技术的最新研究进展,包括光电导天线、光整流、差频产生等太赫兹波产生方法,以及光电导采样、相干采样、热释电探测等太赫兹波检测技术。
接着,我们将介绍太赫兹成像技术的发展和应用,包括透射式太赫兹成像、反射式太赫兹成像和扫描式太赫兹成像等。
我们还将讨论太赫兹波在通信、生物医学、安全检查等领域的应用案例,以及太赫兹科学技术面临的挑战和未来的发展趋势。
通过本文的综述,我们期望能够全面展示太赫兹科学技术研究的新进展,为相关领域的研究人员和技术人员提供有益的参考和启示,推动太赫兹科学技术的进一步发展和应用。
二、太赫兹波产生与检测技术的新进展近年来,太赫兹波产生与检测技术取得了显著的进展,为太赫兹科学技术的深入研究与应用提供了有力支持。
在太赫兹波产生方面,新型太赫兹源的研究与开发成为热点,如基于光电子学等离子体、量子级联激光器等技术手段的太赫兹源,不断推动太赫兹波产生效率与稳定性的提升。
太赫兹波导与天线技术的发展也加速了太赫兹波在空间中的高效传输与辐射。
在太赫兹波检测方面,新型太赫兹探测器与成像技术的突破为太赫兹波的应用打开了新的领域。
通过改进材料结构与工艺,太赫兹探测器的灵敏度和响应速度得到了显著提升。
太赫兹成像技术在生物医学、安全检查等领域的应用逐渐普及,为疾病的早期诊断与安全监控提供了有力手段。
太赫兹波谱与成像技术
太赫兹波谱与成像技术太赫兹波又称远红外波,它是电磁波段中最后一段未被人类充分认识和应用波段,太赫兹技术曾被评为“改变未来世界的十大技术”之一。
由于频率高、脉冲短、穿透性强,且能量很小,对物质与人体的破坏较小,所以与X射线相比,太赫兹成像技术和波谱技术更具优势,在空间探测、医学成像、安全检查、宽带通信等方面具有广阔的前景。
液态水具有吸收太赫兹光波的性能,因此一直被认为不可能充当太赫兹波的光源。
但近日,首都师范大学特聘教授张希成带领团队利用飞秒激光脉冲首次证明,液态水也能产生太赫兹波。
发表在最新一期《应用物理快报》上的这一重要研究成果,将为太赫兹波在无线数据传输、工业质量管控及高清成像等领域的广泛应用提供一种全新的可能。
太赫兹波也叫远红外波,是频率在0.1到10太赫兹范围的电磁波。
由于频率很高、脉冲很短,太赫兹波时间和空间的分辨率都很高,且太赫兹能量很小,不会对物质产生破坏作用,所以与X射线相比,太赫兹成像技术和波谱技术更具优势,在宽带通信、医学成像、无损检测、安全检查、粮种菌种选择等方面具有广阔的前景。
物质有四种状态:固态、气态、液态和等离子态,之前研究已经证明,固态、气态和等离子态物质都可以用来产生太赫兹波,但液态物质产生太赫兹波还没获得证明。
新研究中,张希成团队创造性地利用自由流动的一层超薄水膜(不到200微米厚),成功让液态水产生太赫兹波,从而将液态物质囊括进太赫兹光源的队伍。
他们向水膜内聚焦飞秒激光脉冲,将水分子离子化,产生自由电子,最终放射出太赫兹波。
太赫兹波的波长分布有以下四个特点:一、穿透率:太赫兹辐射的波长比红外波长长,因此,与红外波(在微米范围内)相比,太赫兹波具有更少的散射和更好的穿透深度(在厘米范围内)。
因此,干燥的非金属材料在这个范围内是透明的,但在可见光谱中是不透明的。
二:分辨率:与微波相比,太赫兹波的波长更短;这提供了更好的空间成像分辨率。
三、安全性:太赫兹波段的光子能量远低于X射线。
太赫兹光谱技术检测水分及水合作用的研究进展
Advances in Analytical Chemistry 分析化学进展, 2018, 8(1), 1-10Published Online February 2018 in Hans. /journal/aachttps:///10.12677/aac.2018.81001Research in Moisture and HydrationDetection by Terahertz Time DomainSpectroscopyLiping Liu1*, Yufei Wang1, Yazhou Zhang1, Fei Yang2, Maojiang Song21School of Food and Drug Manufacturing Engineering, Guizhou Institute of Technology, Guiyang Guizhou2Guizhou Institute of Metrology, Guiyang GuizhouReceived: Jan. 11th, 2018; accepted: Jan. 25th, 2018; published: Feb. 5th, 2018AbstractThe terahertz (THz) radiation occupies a large portion of the electromagnetic spectrum between the microwave and infrared bands. It refers to the frequency between the 0.1 THz to 10 THz (the wavelength is 3 mm to 30 μm). Since it possesses many attractively characteristic properties, THz imaging and sensing technologies can provide information not available through conventional methods such as microwave and X-ray techniques. THz waves contain rich information involved in molecular vibration and rotation, and have sub-picoseconds pulse width, low photon energy, and high space-time coherence. Combined with the terahertz imaging systems of transmission type and reflection type, a general review of its application in medical applications, forestry products, agriculture/food products by using THz time domain scan-imaging technology is provided. The achievements and the problems to be solved are also discussed. We also reviewed the water structure and interaction in the solution detected by terahertz time spectroscopy and conducted the research of our study.KeywordsTerahertz, Spectroscopy, Moisture Imaging, Moisture Detection, Water Interaction太赫兹光谱技术检测水分及水合作用的研究进展刘丽萍1*,王煜斐1,张亚洲1,杨霏2,宋茂江21贵州理工学院,食品药品制造工程学院,贵州贵阳*通讯作者。
太赫兹科学技术研究的新进展
要 开 发 和 利 用 太 赫 兹波 ,自然 需要 先 将 太 赫 兹 波 检测 出来 , 而太赫 兹波 因为光源 的低发 射功 率和 比较 高 的热 背景 , 需要 不 断提 高接收 的灵敏 度 , 才能 检测得 出。 针对 不 同频 率 的太赫 兹波 段 , 使用 的检 测器 往往 有所 差 别, 高端部分的检测器应该灵敏度更好一些。现在对于 宽波 段 最 常使 用 的检 测 方法 是 基于 热 吸收 的直接 探 测 , 常用 装置 是 热辐 射测 量仪 , 灵 敏度 最高 的是 单光 子探 测 器 。在检 测 速度 方面 ,目前 的检测 速度 还有 所 限制 , 不 过科 学家 们 已经开 始设 想高 速检测 并积 极投 入研 究 中。
作 者 简介 : 曾祥峰 ,广 州市 西关外 国语 学校 ,研 究 方向 为物 理 。
在 形 成太 赫 兹系 统之 时 , 要有 太赫 兹 辐射 的产 生 , 还 要有 检测 器 能够检 测得 出 , 最后 还 需要 一些 功 能器件 去进 行 内部 连接 ,比如 说传 输系 统和 谐振 系统 等 ,这样 才 能将 太赫 兹波 真正应 用到 实 际中去 。 在太 赫 兹传输 中 , 最 主 要用 到 的 就是 以波导 为基 础 的太 赫 兹 器件 ,因此 , 科 学家 们在 这方 面研 制 出不少产 品 , 比如 光子 晶体波 导 、 光子 晶体 光 纤等 。光子 晶体 是用 来 制造 太赫 兹功 能器 件 的主 要物 质 , 其特 性主 要 是可 以引入杂 质和 缺 陷 , 破 坏 其严 格 的周 期结 构 , 利 用 这些 缺 陷部分 的变 化 , 使得 光 子 晶体 各种 性能 得 以实现 。例 如 , 利用 光子 晶体 的 局域 态 可 以制 备分 束 器 等 , 而利 用 其某 些 独特 的光 学特 性 , 可 以制备 高 效光放 大器 、无 阈值激 光器 等 。 2 . 4 太 赫 兹 波 的 实际 应 用
21世纪待开拓的THz新频段
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一种基于MEMS工艺的新型THz喇叭天线的设计与仿真
一
种基于 M M E S工艺的新型 T z H 喇叭天线的设计与仿真 木
郭 林, 黄风义 , 旭升 唐
( 东南大学信息科学与工程: 提出了一种太赫兹(H ) T z天线结构 : M M 工艺的 T z 基于 E S H 角锥喇叭天线。采用电 磁场仿真软件A st FS 1 no S 对所 fH 1
= 5. 。 = 4 7 () 4
本文所提出的喇叭天线结构要依靠常规 M M 工艺 ES
和硅 衬底 的加 工技 术 来 实 现 . 线衬 底 采 用厚 度 为 天
本文采 用 的硅 晶圆厚 度为 40t 所 以 : 8 m, a
h R = + 日 40t + E R = 8 m a () 5 为 了得 到 天线 的最佳 尺寸 , 采用 A sfHFS 1 天 not S 1 对
1 B cvrd i h n rs d bn ( . H 5d oee n teit et ad 2 5 T z~3 5 T z wt eu osbt rta - 5 d . h rp s e e . H ) i artr l e e hn 2 B T epo oe h n s t d
的增 益 , 较好 的方 向性 , 低的 电压 驻波 比 , 较 较好 的频 率 特性 。 大 的功 率 容 量 和 简 单 的结 构 等 优 点 l 较 1 引。
G:— G=——下 一
—
『p 一 a
A
f ( 3)
其中 占。 为喇叭天线的 口径效率 。根据硅 晶圆的 晶体结构 ,10 面和( 1 ) (0 ) 11 面之间的倾角为 5 . 。 47 , 所以喇叭腔体的倾角应该满足 :
atn acnb rcse yteME ST c nl ( O t igo l o ) i wf r ai otT ea t n ne n a epoesdb M e h o g K H ec n si n wt l bi t ncs h n n ai h o y h f ic ho a c o . e s
太赫兹科学技术的新发展
太赫兹科学技术的新发展一、本文概述随着科技的飞速发展,太赫兹科学技术已成为一个备受瞩目的新兴领域。
太赫兹波,位于微波与红外线之间,具有独特的物理和化学性质,使得其在众多领域,如通信、生物医学、安全检查等,展现出广阔的应用前景。
本文旨在全面概述太赫兹科学技术的最新发展,探讨其基础原理、技术挑战和应用前景,以期为推动该领域的发展提供参考和启示。
我们将简要介绍太赫兹波的基本概念和特性,阐述其在不同领域的应用价值和潜力。
随后,我们将重点回顾近年来太赫兹科学技术在基础理论、关键技术和实际应用方面所取得的重大突破和进展。
在此基础上,我们将讨论当前太赫兹科学技术所面临的挑战和问题,并探讨可能的解决方案和发展方向。
我们将展望太赫兹科学技术的未来发展趋势,预测其在不同领域的应用前景,并探讨如何进一步推动该领域的发展。
通过本文的阐述,我们希望能够为读者提供一个全面、深入的太赫兹科学技术发展新视角,促进该领域的学术交流和技术创新,推动太赫兹科学技术在各个领域的应用和发展。
二、太赫兹波产生与检测技术的发展随着科学技术的飞速发展,太赫兹波(Terahertz, THz)产生与检测技术已成为当前研究的热点领域。
太赫兹波位于微波与红外线之间,具有独特的物理和化学性质,因此在通信、生物医学、安全检查等领域具有广泛的应用前景。
近年来,太赫兹波产生与检测技术的发展取得了显著的进步,为太赫兹科学技术的应用提供了有力支持。
在太赫兹波产生方面,研究者们不断探索新的方法和技术。
目前,已经发展出了多种产生太赫兹波的方法,如光电导天线、光整流、差频产生等。
其中,光电导天线是最常用的方法之一,它通过将超短激光脉冲照射在光电导材料上,产生瞬态电流并辐射出太赫兹波。
随着激光技术和光电导材料的发展,光电导天线产生的太赫兹波功率和频率范围得到了显著提高。
在太赫兹波检测方面,研究者们同样取得了重要进展。
目前,已经有多种太赫兹波检测技术被开发出来,如光电导采样、相干探测、热释电探测等。
太赫兹时域光谱技术用于老化炸药检测
第31卷,第5期 光谱学与光谱分析Vol .31,No .5,pp1305-13082011年5月 Spectro sco py and Spectr al Analy sisM ay ,2011 太赫兹时域光谱技术用于老化炸药检测孟 坤,李泽仁,刘 乔中国工程物理研究院流体物理研究所,四川绵阳 621900摘 要 库存炸药老化情况的检测对炸药的性能、安全性和稳定性研究意义重大。
现有的老化炸药检测手段,如扫描显微技术,傅里叶变换红外光谱技术,气相色谱-质谱技术等,或者不能分辨炸药老化与否,或者只能从表观上进行分析,不能反映炸药分子结构的变化。
首先应用密度泛函理论(DF T ),计算了炸药老化前后分子吸收频谱变化,从计算结果可以看出炸药分子老化前后的吸收光谱在老化前后变化明显;然后分析了太赫兹时域光谱(T Hz -T DS )系统及其分辨率和测量频谱范围,结合已有实验结果以及太赫兹波本身的特点,从可行性、准确性和实用性三方面对太赫兹时域光谱技术应用于炸药老化检测进行了论证,从而提出了应用太赫兹时域光谱技术进行炸药老化检测的新方法。
关键词 太赫兹;时域光谱;炸药老化中图分类号:O 433 文献标识码:A D OI :10.3964/j .issn .1000-0593(2011)05-1305-04 收稿日期:2010-06-29,修订日期:2010-09-29 基金项目:中国工程物理研究院科学技术发展基金项目(2008B0403038)资助作者简介:孟 坤,1984年生,中国工程物理研究院流体物理研究所硕士研究生 e -mail :mengk unsdu @yahoo .com .cn引 言 炸药的老化会影响到炸药的性能、安全性和稳定性[1-4],对库存炸药的老化情况的检测具有重要意义,一直是世界各国军方关注的重要问题。
炸药老化对一些炸药的机械性能以及爆炸性能有着显著的影响,如图1所示GI -920炸药老化过程中爆速和爆压的变化[1]。
太赫兹技术
太赫兹技术太赫兹定义:太赫兹波通常指频率在 0.1~10 THz,或者波长在 3 mm~30um 的电磁辐射,它处于红外波与微波之间,在低频区与毫米波重叠,在高频区与红外波重叠,如下图所示,其在电磁波谱的特殊位置决定了它具有非常独特的辐射特性。
1 THz(1×1012Hz)对应的波长为 300um波数为 33 cm-1,单光子能量为 4.1 meV;在室温下,热噪声 kBT/h ≈ 6THz可见太赫兹辐射的光子能量与室温下的热噪声相当。
太赫兹特点:第一,低能量,1THz电磁辐射的单光子能量只有4.1meV,不及X射线电磁辐射单光子能量的百万分之一,在医学检查和无损检测方面具有广泛的应用前景。
第二,宽频谱,脉冲太赫兹辐射的频谱范围从几十GHz到几十个THz,许多生物大分子的振动和转动能级,以及半导体,超导材料等的声子振动能级都在THz频段,在光谱分析和物质识别等方面具有非常广泛的应用前景。
第三,强穿透,大部分非极性材料在THz波段没有明显的吸收,因此THz辐射对于这些材料有非常强的穿透能力,THz技术在公共场所进行安全检查方面具有非常强的应用前景。
第四,瞬态性,脉冲THz辐射的典型时间宽度大约在ps或者亚ps量级,可以对材料进行超快时间研究;目前,利用THz时域光谱技术,可以得到大于104的强度信噪比,远远高于FTIR技术。
太赫兹产生:随着超短脉冲激光技术的飞速发展,为太赫兹脉冲的产生提供了有效且稳定的激发光源,配合半导体技术的日益完善以及加工工艺的日趋成熟,D. H. Auston和 D. Grischkowsky等在20 世纪80 年代利用天线辐射原理,设计制作了多种结构的偶极子天线,沉积到Ⅲ-Ⅴ族半导体材料(GaAs,InP等)表面上,利用超短飞秒脉冲激光激发这些半导体材料产生光生载流子,同时给天线电极两端施加一个偏压电场,在此作用下半导体材料表面会形成瞬变光电流,这种随时间快速变化的光电流可以向外辐射太赫兹波。
太赫兹生物医学应用的探索者——访2017级星友、上海理工大学彭滟教授
学光电信息与计算工程学院的彭滟教授是该校庄松林院士领年入选国家基金委的优青计划,也是启明星协会新当选的理事。
一些媒体在报道庄院士团队在太赫兹领域的工作进展时也会提到这位女干将,特别对其沉稳、细致的科研能力和风格褒扬有加。
因此,后光学工程星友的成长、成才之路,在为启明星人才库增加积累的同时,也为更多希望走虽是第一次见面,但是对她的报道以及照片都是看到过的,所以这次在等电梯时一眼见到就知道她就是我要找的彭精致的五官中透出英武之气,这其中“武”的成分似乎还多一点,这和她后面谈起自己“假小子”的经传记。
自己也喜欢捣鼓小实验,一些科普书上有些做小装置的图示说明,搞一个小电池、小灯泡,接上电线看它发光,我觉得很有意思。
”在彭滟的叙述中,她在读书上从不用父母操心,基本自己搞定。
下课后以玩为主,玩弹弓、玩泥巴,泥巴做成各种形状且乐此不疲。
儿时的她喜欢剪短发,性格也像男孩,“整个求学阶段都是短发,刚开始工作是扎个小尾巴。
在旁人眼里就是假小子一个。
家里人都说我不像女孩,但我喜欢这样。
”彭滟大学就读的是安徽师范大学,喜欢以假小子形象示人的彭滟所学的专业也是蛮男孩子气的:物理与电子信息专业。
其实她高考时就想考上海的华东师范大学光学专业,以她的高考成绩是可以上华师大的,只是顾及家里希望女孩子不要离家太远的想法而未果。
为什么喜欢上海?彭滟说是从书上、电视上知道上海的。
彭滟初中、高中同学不少是上海彭滟上海理工大学教授知青子女。
“那时放学就到同学家里玩,看到同学家长做事很认真、很细致,上海家长会陪着孩子做手工,这种上海人的处事方式我很喜欢。
以后对上海,对上海人的了解更多了。
我最欣赏上海的就是上海人的契约精神。
”几十斤重的钢盖,每天要提上取下好几回安徽师大四年本科学习让彭滟对光学产生了兴趣,学业优异的她顺利报考了心仪的华东师范大学光学专业(硕博连读),导师是学界大牛曾和平教授。
刚进实验室的感觉特别棒,“这里有非常规范的科研教学流程。
亚毫米波及太赫兹技术
雷达与天文:THz雷达分辨率高,可成为未 来的高精度雷达发展方向;THz是射电天文 学极重要的频段
基于光电效应的THz成像系统
生物组织模型的THz成像
2D实时THz成像系统
蚂蚁的THz像
THz技术已成为国内外学者和机构研究的热点
美国的张希成教授是世界范围内最早从事太赫兹 科学与技术研究的带头人。过去10几年里,争得 了数十个“世界第一”,其中包括:首先提出电 光探测概念,最先发现光整流太赫兹波、最早研 制出太赫兹显微镜,第一个采用有机结构作辐射 源、并用磁场控制太赫兹辐射,最早发现太赫兹 三维层析成像技术、非线性效应、太赫兹与肿瘤 的关系,等等。而1995年在世界范围内最先运用 的电光取样探测器技术,已在全球范围内的国防 试验室、公司企业等被广泛采用
法国AB Millimetre公司产品
152-1000GHz 频段可选源
250-1000GHz 频 段可选检波器
法国AB Millimetre公司产品
高通滤波器
转接波导附件
喇叭天线
美国Microtech仪器公司产品
返波管信号源
美国Microtech仪器公司产品
THz扫描成像系统
公司产品
Vector Analyser Quasioptical Measurement Table
Massachusetts Lowell大学 亚毫米波实验室
雷达散射截 面紧缩场缩 比测试系统
Massachusetts Lowell大学 亚毫米波实验室 十六比一模型
实物
缩比关系
Massachusetts Lowell大学 亚毫米波实验室
Massachusetts Lowell大学 亚毫米波实验室
微波技术新进展
太赫兹层析成像技术发展-上篇
太赫兹层析成像技术发展-上篇在电磁波谱中,微波、红外波、可见光、X射线和γ射线等均在成像领域有广泛的应用。
不同频段的电磁波各有其缺点,比如,X射线和γ射线的光子能量对生物有有害的电离反应,可见光和红外波对某些材料的穿透能力差,微波的分辨率受到长波长的限制。
太赫兹波介于微波和红外波之间,当成像原理相同时,太赫兹成像技术的分辨率比微波成像技术的分辨率高;在很多介电材料中,太赫兹波的穿透性能优于可见光和红外波,因此太赫兹成像可以作为现有成像技术的补充,应用于无损检测、人体安检、生物组织诊断和半导体材料表征等领域。
如图1所示,本文对太赫兹成像技术的分类如下:根据是否有太赫兹发射源,太赫兹成像可以分为主动成像和被动成像。
太赫兹波段的被动成像是天文学极其重要的研究方式。
在太空探索中,太赫兹被动成像的研究表明,宇宙尘埃、气体星云会释放出太赫兹射线,太赫兹辐射绝大部分由这两类星系产生[1]。
在主动成像中,根据太赫兹波的产生方式和探测原理,可以将太赫兹成像分为太赫兹脉冲成像和连续太赫兹波成像。
根据探测器的探测区域,太赫兹脉冲成像又可以被分为近场成像和远场成像。
近场是指距离样品表面只有波长甚至亚波长数量级的区域,典型的近场成像是利用局域光波在样品近场区域进行2D光栅扫描,收集处理所有待测点的信息,并重构出图像。
近场成像的图像分辨率主要取决于局域孔径或针尖的大小,可以突破衍射极限的限制,获得亚微米甚至纳米级别的高分辨率图像,因此是太赫兹成像的研究热点之一[2]。
在太赫兹脉冲成像中,远场成像有2D透射谱成像、2D反射谱成像、菲涅尔透镜层析、反射层析、飞行时间成像、衍射层析和透射式谱计算机层析成像(Computed Tomography, CT)等成像方式,连续太赫兹波成像有2D透射成像、2D反射成像、太赫兹层析成像、调频连续波反射成像、断层合成孔径成像、单像素成像等成像方式。
图1 太赫兹成像分类X射线层析成像已经被广泛应用于工业检测和医学诊断等领域,是获取物体和人体内部结构的有效手段。
石墨烯与太赫兹科学
连接在一起的.
与碳原子之间的碰撞对电子的影响也是很小的. 最
除了曼彻斯特大学提出的机械剥离法外 ,科学 近人们通过一种非接触光学方法测量了在室温下石
家们也在探索其他制备石墨烯的方法 ,并取得了一 墨烯的热导率 ,约为 5 ×103W ·m - 1 ·K- 1 [ 11 ]. 这个
·396·
http: ΠΠwww. wuli. ac. cn 物理 ·38卷 (2009年 ) 6期
2 石墨烯的奇特性质
作为一种独特的二维晶体 ,石墨烯具有众多奇
特的性质. 由于石墨烯是由纯的碳原子组成并且具
有整齐的晶格结构 ,因此它显示出很高的晶体质量.
到目前为止 ,在石墨烯中还没有发现类似空位或者
位错这样的点缺陷. 石墨烯中碳原子之间的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ能很
大而且具有很好的柔韧性 ,这使其具有比钻石更大
图 1 石墨烯可以在铅笔划痕里存在. 上图为铅笔绘制的石墨 烯的二维结构图 ; 下图为石墨烯在隧道电子显微镜下的图像 (引自网页 : http: / /www. spectrum. ieee. org / jun08 /6252)
墨烯堆积而成的原子尺度的球状 、拉伸椭球状结构
由于石墨烯优良的晶体特性 ,它具有很好的电
等. 碳纳米管本质上也是由石墨烯片卷曲而成的微 导率和热导率. 电子可以自由移动而不会受到晶格
小的圆柱体. 石墨则是由多层石墨烯堆积成的三维 缺陷和杂质原子的散射影响. 由于原子间很强的化
材料 ,层与层之间通过分子间很弱的范德瓦尔斯力 学键 ,即使是在室温下石墨烯中的电子不可避免地
Graphene and terahertz sc ience
HAN Peng2Yu1 L IU W ei2 X IE Ya2Hong2 ZHANG Xi2Cheng1,
太赫兹波脉冲成像和连续波成像技术研究
太赫兹波脉冲成像和连续波成像技术研究陈素果;侯磊;楼骁;董陈岗;施卫【摘要】介绍了太赫兹(THz)连续波成像和脉冲波成像的原理,报道了自主研制的连续太赫兹波及脉冲太赫兹波成像系统:太赫兹连续波成像方面,分别使用研制的辉光放电探测器(GDD)和商业化的肖特基二极管对同一物体成像,结果表明GDD是一种成本低、成像效果好的室温太赫兹波探测器;在太赫兹脉冲波成像方面,利用研制的SI-GaAs光电导天线作为太赫兹源,对金属环成像,分析了频率对的振幅图像和相位图像的影响.%In this paper,the principle of THz continuous wave imaging and THz pulse wave imaging are introduced.THz continuous wave and THz pulse wave imaging system developed self-independently are reported.In continuous wave imaging,the glow discharge detector (GDD) developed by our group and a commercial Schottky diodes are used as the detectors for THz continuous wave imaging,and the results indicate that GDD is a potential THz continuous wave room-temperature detector with low cost and high imaging quality.In THz pulse imaging,the SI-GaAs photoconductive antenna developed by our group is used as a pulse THz source to carry out the pulse imaging of a metal ring.The THz amplitude imaging and phase imaging at different frequencies are analyzed.【期刊名称】《西安理工大学学报》【年(卷),期】2013(029)002【总页数】6页(P127-132)【关键词】太赫兹波;脉冲波成像;连续波成像;辉光放电探测器【作者】陈素果;侯磊;楼骁;董陈岗;施卫【作者单位】西安理工大学理学院,陕西西安710054;西安理工大学理学院,陕西西安710054;西安理工大学理学院,陕西西安710054;西安理工大学理学院,陕西西安710054;西安理工大学理学院,陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】O59太赫兹(THz)波是指频率从100 GHz到10 THz,相应的波长从3 mm到30μm,介于毫米波与红外光之间的电磁波。
太赫兹技术在电力设备检测中的应用
太赫兹技术在电力设备检测中的应用刘荣海;唐法庆;耿磊昭【摘要】根据太赫兹的定义出发,概括了太赫兹目前的发展现状,详细介绍了太赫兹的特性.根据太赫兹特征,文章对太赫兹目前的应用领域及相关技术进行了论述.并对太赫兹技术成像原理及相关设备进行了介绍.结合以上信息,最后文章对太赫兹在电力行业中的应用研究进行了探讨,并列举了太赫兹成像技术在电力设备检测中的应用方向.【期刊名称】《云南电力技术》【年(卷),期】2018(046)004【总页数】4页(P53-55,59)【关键词】太赫兹技术;电磁波;电力设备检测;成像技术【作者】刘荣海;唐法庆;耿磊昭【作者单位】云南电网有限责任公司电力科学研究院,昆明650217;华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定071003;华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定071003【正文语种】中文【中图分类】TM740 前言太赫兹波(1 THz=1012 Hz)是指频率为0.1~10 THz的电磁辐射(波长在3mm-30 μm)[1],太赫兹在电磁频谱中所处的位置如图1所示。
图1 太赫兹波段位于电磁波谱中的特殊位置从频率上看,太赫兹所处的位置正好处于微波毫米波与红外线光学之间,从能量上看,在电子和光子之间[2-3]。
在电磁频谱上,太赫兹波段两侧的红外和微波技术已经非常成熟,但是处在无线电波和光波之间的太赫兹技术则形成了一个相对落后的“空白”。
太赫兹的长波方向,主要依靠电子学(Electronics)科学技术,而太赫兹的短波长方向则主要是光子学(Photonics)科学技术,从而在电子学与光子学之间形成一个“太赫兹-Gap”。
这使得研究太赫兹时不能完全用光学理论来处理,也不能完全用微波的理论来研究。
研究该频段的辐射不仅将推动理论研究工作的重大发展,而且对固态电子学和电路技术也将起到重大促进作用[4-6]。
这一特殊波段的研究近年来取得了许多进展,成为一个引人瞩目的前沿领域。
太赫兹技术的现在与未来
太赫兹技术的现在与未来太赫兹技术被认为是未来改变世界的十大技术之一,是一种介于红外线和手机无线电波之间的电磁波。
2000年,美国罗切斯特大学光学中心主任、华裔科学家张希成破解了之一电子学界的难题,使得太赫兹逐步在雷达、通讯、生物监测等领域得到运用。
定义:太赫兹辐射是0.1~10THz的电磁辐射, 从频率上看, 在无线电波和光波, 毫米波和红外线之间; 从能量上看, 在电子和光子之间. 在电磁频谱上,太赫兹波段两侧的红外和微波技术已经非常成熟,但是太赫兹技术基本上还是一个空白,其原因是在此频段上,既不完全适合用光学理论来处理,也不完全适合微波的理论来研究。
太赫兹系统在半导体材料、高温超导材料的性质研究、断层成像技术、无标记的基因检查、细胞水平的成像、化学和生物的检查,以及宽带通信、微波定向等许多领域有广泛的应用。
研究该频段的辐射源不仅将推动理论研究工作的重大发展,而且对固态电子学和电路技术也将提出重大挑战。
可以预料,太赫兹技术将是21世纪重大的新兴科学技术领域之一。
目前发展:目前人类对太赫兹的研究已发展成为一个新的领域,研究太赫兹的单位也从20年前的3个发展到全世界的200多个。
在过去10几年里,太赫兹研究领域的成果包括:提出电光探测概念,发现光整流太赫兹波、研制出太赫兹显微镜,采用有机结构作辐射源、并用磁场控制太赫兹辐射,发现太赫兹三维层析成像技术、非线性效应、太赫兹与肿瘤的关系,等等。
而1995年在世界范围内最先运用的电光取样探测器技术,已在全球范围内的国防试验室、公司企业等被广泛采用。
太赫兹不能代替X光,但却有X光做不到的一些长处。
X光和超声波能发现物体的轮廓和状态,但却无法侦测物体的化学性质,无法分辨爆炸物品和药品的区别,然而太赫兹却有这种本领,这对国际上的反恐斗争具有特别重要的意义。
对目前人类发明的上百种类型爆炸物和地雷,太赫兹已能识别出其中的50多种。
最新的进展是在30米左右,太赫兹就能准确地发现爆炸物品。
太赫兹技术进展及其在工业中的应用
太赫兹技术进展及其在工业中的应用凌东雄;黄晓园;王红成;叶海【摘要】近年来,太赫兹技术日渐成熟,工业应用领域不断扩大,市场上出现了越来越多的太赫兹产品。
本文主要分析太赫兹技术的发展,并对未来太赫兹工业应用市场进行中期和长期展望。
%In recent years, with the maturity of Terahertz technology, a growing number of terahertz products have been e-merging in the market.This paper mainly analyzes the development of terahertz technology and the medium and long term prospects for the future of its industrial applications.【期刊名称】《东莞理工学院学报》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】5页(P8-12)【关键词】太赫兹光谱技术;时域光谱技术;太赫兹成像技术;无损检测【作者】凌东雄;黄晓园;王红成;叶海【作者单位】东莞理工学院电子工程学院,广东东莞 523808;东莞理工学院电子工程学院,广东东莞 523808;东莞理工学院电子工程学院,广东东莞 523808;东莞理工学院电子工程学院,广东东莞 523808【正文语种】中文【中图分类】O433.4;TN247太赫兹波段介于远红外和微波之间(波长为30μm到3mm),频率范围在0.1 THz到10 THz之间,其中1 THz(1012Hz)对应于波数为33.3 cm-1,能量为4.1 meV,波长为300μm。
研究表明:利用太赫兹波进行样品探测时,不会产生有害的光致电离,是一种有效的无损检测方法;太赫兹波脉冲宽度具有皮秒量级,可有效用于进行时间分辨的研究;非极性物质对太赫兹电磁辐射是透明的,可以把它用于机场、火车入口等地方的安全检测,以及用于集成电路焊接情况的工业过程检测等。
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一块火鸡骨头的T-射线 一块火鸡骨头的 射线 CT
Reconstructed Image
火鸡骨头
刊登了我们T-射线 CT 研究的杂志有: 医学设备和诊断工业,高 级专业成像与辐射疗法,工业电视 (旧金山),每日邮报,光电子 杂志,诊疗世界,医学设备和诊断新闻, RT 成像,商业周刊。
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80 时间延迟 (ps)
120
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射线成像 飞行时间 T-射线成像 射线
T-ray imaging is fast being recognized as a powerful diagnostic technique.
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Young’s Experiment
a pair of slits T-ray
20
X (mm)
10
0
0
14 Time (ps)
27
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Frequency Dependent T-rayT-Ray Interference Diffraction from Young’s Young’s Interference
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T-Ray Image of A Letter Contains Powders
Image a letter It contains powders
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T-射线用于对抗生物恐怖主义 射线用于对抗生物恐怖主义 射线
微波
MF, HF, VHF, UHF, SHF, EHF
光子 (quantum transition)
x-射线 γ –射线
可见光
100
103
106
109
1012
1015
1018
1021
1024 Hz
dc
kilo
mega
giga
tera
peta
exa
zetta
yotta
频率 (Hz) 1 THz ~ 1 ps ~ 300 m ~ 33 cm-1 ~ 4.1 meV ~ 47.6 K
1 1 1 + = z z′ f v
0.75THz 1.24THz 1.57THz Fresnel lens sensor
z
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Laser Focus World August issue
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Future Work for T-Ray Imaging
1
International Symposium of Ultrafast Phenomena and Terahertz Radiation /~zhangxc
NRC Report: Harnessing Light
“A particularly novel and unexpected application of femtosecond light pulses is the generation of terahertz radiation, or T-rays. T-rays in the wavelength range of 0.05 to 1 mm provide a new technology for imaging hidden items and some invisible materials properties.” --- 1998 电子 THz 间隙 (classical transport)
Tomographic imaging system offers cross-sectional information within a target, provides functional imaging. Problems need to be solved: [1] Imaging Time should be from hours to less than one minute, with a target time of a few seconds. [2] Imaging Area should be from 2 cm to 20 cm, with a target area of 40 cm. [3] Imaging Resolution should be from 3 mm to sub-mm, with a target resolution of 0.1 mm. [4] Imaging Distance should be from 20 cm to 2 meter, with a target distance of a few hundred meters.
2 /~zhangxc
Wave’s Nature: Diffraction
single hole T-ray
3
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Diffraction from a Hole (φ=1.8 mm) φ
2 0.5 THz 2 1 THz
一个球状物体(φ 一个球状物体 φ=36 mm)的T-射线 CT成像 的 射线 成像
Photo Reconstructed Image
在 Laser Focus World上发表的一篇图文, 5 月, 2002
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2-, 4-, and 8-Level T-Ray Fresnel Lenses
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T-Ray Imaging and Tomography
Why T-ray imaging modality? Functional imaging! T-ray imaging with standard x-y scan Transmission and reflection mode Tomography T-ray computed tomography (CT) T-ray diffractive tomography (DT) Tomography with a binary lens and a broadband pulse
2 0.5 THz 2 1 THz
cm
cm
0 1.5 THz 1 2
1
0
0 0 2 2 THz
1
1
2
cm
2
cm
0 1 2
01Biblioteka 0 0112
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T-射线 的一些重要特性 射线
T-射线 具有较低光子能量 (4 meV @ 1 THz) ,不会在 生物组织中产生有害的光致电离。 很多有机分子由于偶极子的旋转和震动跃迁, 在 GHz 到 THz 频段,都具有很强的吸收和色散;分子的这些 光谱特征使得T-射线 鉴别成为可能。 T相干T-射线 信号瞬时电场的强度和相位可以同时被测 量; 这样我们就可以通过对T-射线 进行时域探测,获得 THz 吸收光谱和色散光谱。 THz 时域光谱提供了非常高的信噪比,而且对黑体辐 射 (热背景)不敏感。
Recent Progress for THz Science & Technology
X.-C. Zhang (张希成 张希成) 张希成
Center for THz Research Rensselaer Polytechnic Institute, USA
THz Group at Rensselaer
2-Level
4-Level
8-Level
S. Wang, et al, OL, 27, 1183 (2002).
20
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Tomography with a T-Ray Binary Lens
simultaneously image 3 targets at different frequencies
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Prof. Ci-Ling Pan’s THz Lab (Clean-Room)
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THz Lab at Capital Normal University of Beijing
24
9
22% gas sensing 5%
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Research Highlights in Year 2002
Solid state THz laser (Italy and UK) High power THz source from Jefferson Lab (US) T-ray tomographic imaging (US) THz resonant structure for label-free DNA detection (Germany) T-ray for biological and chemical agents sensing and imaging (US) THz radiation from semiconductor under strong B field (Japan) Nonlinear THz wave spectroscopy (US) THz wave quantum optics and quantum computing (US) THz wave for medical application (Europe and US)
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THz Lab at National Normal University of Taipei
A fiber laser as a source
信封中。 THz像中其吸收/ 散射清晰可见, 但是为了准确地辨别,需要对样品 的THz 响应进行全面的分析。
Thurengiensis 杆状菌 孢子被放入
信封中的“炭疽热”病菌粉末成像
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T-射线 透视衣物? 射线 透视衣物?