太赫兹检测技术PPT课件
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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。
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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。
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。
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
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
-
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
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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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2019/10Βιβλιοθήκη 25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 。
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安全检查
THz波可穿过衣服纸张等,对报纸遮挡下的陶 瓷匕首成像。THz波相对其他电磁波如微波、X射 线、γ 射线等有很强的互补特征,是对常用安检 方法的有益补充。
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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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光电导天线图
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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光电导产生/探测THz
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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。
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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THz成像系统示意图
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。
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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太赫兹检测技术
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吕英 仪器仪表工程
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
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。
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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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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”
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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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2019/10Βιβλιοθήκη 25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 。
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安全检查
THz波可穿过衣服纸张等,对报纸遮挡下的陶 瓷匕首成像。THz波相对其他电磁波如微波、X射 线、γ 射线等有很强的互补特征,是对常用安检 方法的有益补充。
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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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光电导天线图
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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光电导产生/探测THz
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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。
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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THz成像系统示意图
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。
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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太赫兹检测技术
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吕英 仪器仪表工程
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
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。
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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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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”