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THz 技術及其應用
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文獻
- THz 輻射通常指頻率在 0.1~10THz 10THz，波長 ，30um~3mm 的電磁波，屬于遠紅外波段；
- 不同物質在 THz 段具有不同的吸收和色散性質，很多凝聚態物質和生物大分子的振動和轉動能級落在太赫茲波段；
- 對塑料、陶瓷、硅片等具有很好的穿透性；
- 對水分的吸收很敏感，可探測含有水分的物質；
- THz 光子能量很低，穿過物質時不易發生電離，所以可進行無損檢測；
- 利用適當的小孔或針尖，可以達到較高的空間分辨率，獲得微波成像難以得到的高分辨清晰圖像；
- 利用飛秒激光照射半導體材料表面，利用載流子的加速運動效應，產生 THz 電磁脈沖；
- 通過施加偏置電壓，用激光脈沖激發光電導耦合天線產生THz 波；
- 利用差頻過程獲得 THz 波：１）雙波長輸出 Ti:Al2O3 激光器，在 DAST 中實現差頻；２）工作在簡并點附近的光學參量振蕩器；
- 利用雙周期或 Phase Phase-reversed PPLN 實現雙信號光運轉的
- 光學參量振蕩器。
2.2 THz 波源
- 利用 Slant Slant-stripe stripe-type PPLN 差頻產生 THz 波；
- 非線形整流原理實現 THz 波產生，如 2D 2D-PPLN PPLN：
- 光電導取樣
? ? ? ? ? ?光電導取樣是和光電導天線 (PCA ) 發射器結合起來發展的技術，需要超快激光光源進行相關測量。
- 自由空間電光技術
? ? ? ? ? ?自由空間電光取樣利用的電光效應是低頻電場（太赫茲脈沖）和激光束（光學脈沖）在探測晶體中的耦合。太赫茲的電場調制探測晶體的雙折射，進而調制了通過探測晶體的探測光束的橢圓偏振度。測量探測光束被調制的橢偏度可以得到包括所施加的太赫茲電場的強度和相位等信息。
3.2 THz 探測
光電導取樣－－PCAPCA門控探測技術
自由空間電光技術
4. THz 波譜
? ? ? ? ?THz 時域光譜系統是一種相干測量技術，可同時獲得 THz脈沖的振幅和相位信息。通過對時間波形進行傅立葉變換，能直接得到樣品的吸收系數和折射率等光學信息。
5. THz 成像
THz 透射成像系統
THz 量子級聯激光器
- 2002年NatureNature報道，首個太赫茲量子級聯激光器由意大利和英國的學者合作研制成功；
- 中國科學院半導體研究所已申請太赫茲量子級聯半導體激光器材料的生長方法；
- 波導層結構設計是制備太赫茲（（THzTHz））量子級聯激光器的關鍵問題之一。
- 光電導天線
- THz 反射鏡、透鏡、濾波片
- THz 離軸拋物鏡
- THz 偏振片、波片
- 渥拉斯頓棱鏡
- EO 晶體、平衡探測器
- Bolometer
7. 國內外科研動態
- 美國倫斯勒理工學院 THz 研究中心實現 T射線層析成像和生化樣品識別和成像；
- 美國其他實驗室開展非線形 THz 光譜分析，如 THz 波量子光學和量子計算；
- 在德國，實現 THz 共振結構用于無標記 DNA 識別；
- 日本實現了在強磁場下半導體產生 THz 射線；
- 在國內，天津大學姚建銓利用 PPLN 獲得 THz 波輻射；
- 上海微系統所理論上研究 THz 和低維半導體的相互作用；
- 西安理工超快研究中心，在對光電導開關機理的深入研究的基礎上，研制出 THz 光電導偶極天線。
8. 知識點：
- 光整流，是電光效應的逆過程。當一束高強度的單色激光在非線形在非線形介質中傳播時，它會在介質內部通過差頻振蕩效應激發一個恒定（不隨時間變化）的電極化場。恒定的極化場不輻射電磁波，但在介質內部建立一個直流電場。
- 超短激光脈沖，可以分解成一系列單色光的疊加。
- 在非線形介質中，單色光分量差頻振蕩效應，將產生一個低頻振蕩的電極化場，向外輻射 THz 波。
- 光整流的轉換效率主要依賴材料的非線形系數和相位匹配條件。
太赫茲技術的發展現狀及應用前景分析?