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THz 技术及其应用

 


  1. THz 波段
  2. THz 波源
  3. THz 探测
  4. THz 元件
  5. 国内外科研动态
  6. 知识点
  7. 文献

 

文献

1.  THz 波段

  • THz 辐射通常指频率在 0.1~10THz 10THz，波长 ，30um~3mm 的电磁波，属于远红外波段；
  • 不同物质在 THz 段具有不同的吸收和色散性质，很多凝聚态物质和生物大分子的振动和转动能级落在太赫兹波段；
  • 对塑料、陶瓷、硅片等具有很好的穿透性；
  • 对水分的吸收很敏感，可探测含有水分的物质；
  • THz 光子能量很低，穿过物质时不易发生电离，所以可进行无损检测；
  • 利用适当的小孔或针尖，可以达到较高的空间分辨率，获得微波成像难以得到的高分辨清晰图像；
2.1 THz 波源
  • 利用飞秒激光照射半导体材料表面，利用载流子的加速运动效应，产生 THz 电磁脉冲；
  • 通过施加偏置电压，用激光脉冲激发光电导耦合天线产生THz 波；
  • 利用差频过程获得 THz 波：１）双波长输出 Ti:Al2O3 激光器，在 DAST 中实现差频；２）工作在简并点附近的光学参量振荡器；
  • 利用双周期或 Phase Phase-reversed PPLN 实现双信号光运转的
  • 光学参量振荡器。
2.2 THz 波源
  • 利用 Slant Slant-stripe stripe-type PPLN 差频产生 THz 波；
  • 非线形整流原理实现 THz 波产生，如 2D 2D-PPLN PPLN：
THz
THz
3. 1 THz 探测
  • 光电导取样
           光电导取样是和光电导天线 (PCA ) 发射器结合起来发展的技术，需要超快激光光源进行相关测量。
  • 自由空间电光技术
           自由空间电光取样利用的电光效应是低频电场（太赫兹脉冲）和激光束（光学脉冲）在探测晶体中的耦合。太赫兹的电场调制探测晶体的双折射，进而调制了通过探测晶体的探测光束的椭圆偏振度。测量探测光束被调制的椭偏度可以得到包括所施加的太赫兹电场的强度和相位等信息。

3.2 THz 探测
光电导取样－－PCAPCA门控探测技术
THz
自由空间电光技术
THz
4. THz 波谱
         THz 时域光谱系统是一种相干测量技术，可同时获得 THz脉冲的振幅和相位信息。通过对时间波形进行傅立叶变换，能直接得到样品的吸收系数和折射率等光学信息。
THz
5. THz 成像
THz 透射成像系统
THz
THz 量子级联激光器
  • 2002年NatureNature报道，首个太赫兹量子级联激光器由意大利和英国的学者合作研制成功；
  • 中国科学院半导体研究所已申请太赫兹量子级联半导体激光器材料的生长方法；
  • 波导层结构设计是制备太赫兹（（THzTHz））量子级联激光器的关键问题之一。
THz
6. THz 元件
  • 光电导天线
  • THz 反射镜、透镜、滤波片
  • THz 离轴抛物镜
  • THz 偏振片、波片
  • 渥拉斯顿棱镜
  • EO 晶体、平衡探测器
  • Bolometer
7. 国内外科研动态
  • 美国伦斯勒理工学院 THz 研究中心实现 T射线层析成像和生化样品识别和成像；
  • 美国其他实验室开展非线形 THz 光谱分析，如 THz 波量子光学和量子计算；
  • 在德国，实现 THz 共振结构用于无标记 DNA 识别；
  • 日本实现了在强磁场下半导体产生 THz 射线；
  • 在国内，天津大学姚建铨利用 PPLN 获得 THz 波辐射；
  • 上海微系统所理论上研究 THz 和低维半导体的相互作用；
  • 西安理工超快研究中心，在对光电导开关机理的深入研究的基础上，研制出 THz 光电导偶极天线。
8. 知识点：
  • 光整流，是电光效应的逆过程。当一束高强度的单色激光在非线形在非线形介质中传播时，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。恒定的极化场不辐射电磁波，但在介质内部建立一个直流电场。
  • 超短激光脉冲，可以分解成一系列单色光的叠加。
  • 在非线形介质中，单色光分量差频振荡效应，将产生一个低频振荡的电极化场，向外辐射 THz 波。
  • 光整流的转换效率主要依赖材料的非线形系数和相位匹配条件。
9. 文献
太赫兹技术的发展现状及应用前景分析