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太赫兹的特性

2020-10-23 16:39:07 来源:

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[摘要]在电磁频谱上,太赫兹波段两侧的红外和微波技术已经相对成熟。但涉及太赫兹波段的研究结果和数据却非常稀少,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

在电磁频谱上,太赫兹波段两侧的红外和微波技术已经相对成熟。但涉及太赫兹波段的研究结果和数据却非常稀少,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,另外在很大程度上受限于有效的太赫兹源和探测器,因此这一波段一度被称为Terahertz Gap“太赫兹鸿沟”。近年来,激光器的发展为THz的产生提供了稳定,可靠的激光光源;同时THz的检测技术也取得了蓬勃的发展,使太赫兹技术的应用成为可能。如今,太赫兹技术在医疗诊断、天文、物体成像、工业探伤、宽带移动通信,雷达探测等众多领域显示了重大的科学价值及实用前景

太赫兹的主要特性:

1:相干性:由于它是由相干电流驱动的电偶极子振荡产生,或又相干的激光脉冲通过非线性光学频率差频产生,因此有很好的相干性。THz的相干测量技术能够直接测量电场振幅和相位,从而方便提取检测样品的折射率,吸收系数等。

2:低能性:THz光子的能量只有10^-3量级,远小于X射线的10^3量级,不易破坏被检测的物质,适合于生物大分子与活性物质结构的研究。

3:穿透性:THz辐射对于很多非极性物质,如塑料,纸箱,布料等包装材料有很强的穿透能力,在环境控制与安全方面能有效发挥作用

4:吸收性:大多数极性分子对THz有强烈的吸收作用,可以用来进行医疗诊断与产品质量监控。

5:瞬态性:相比于传统电磁波与光波,THz典型脉宽在皮秒量级,通过光电取样测量技术,能够有效抑制背景辐射噪声的干扰,在小于3THz时信噪比达10^4:1。

6:宽带性:THz脉冲光源通常包含诺干个周期的电磁振荡,单个脉冲频宽可以覆盖从GHz至几十THz的范围,便于在大的范围内分析物质的光谱信息。

太赫兹的独特性能给通信(宽带通信)、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学成像(无标记的基因检查、细胞水平的成像)、无损检测、安全检查(生化物的检查)等领域带来了深远的影响。由于太赫兹的频率很高,所以其空间分辨率也很高;又由于它的脉冲很短(皮秒量级)所以具有很高的时间分辨率。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。同时,由于太赫兹能量很小,不会对物质产生破坏作用,所以与X射线相比更具有优势。另外,由于生物大分子的振动和转动频率的共振频率均在太赫兹波段,因此太赫兹在粮食选种,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。太赫兹的应用仍然在不断的开发研究当中,其广袤的科学前景为世界所公认。

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