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1、太赫茲檢測技術1太赫茲波簡介電磁波（又稱電磁輻射）是由同相振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動，其傳播方向垂直于電場與磁場構成的平面，有效的傳遞能量和動量。電磁輻射可以按照頻率分類，從低頻率到高頻率，包括有無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和伽馬射線等等。太赫茲波(Terahert或稱太赫茲輻射、T-射線、亞毫米波、遠紅外，簡稱THz)通常指頻率在0.1~10THz(1THz=1012Hz)范圍內的電磁輻射。若以應用頻率范圍的載體為坐標，則太赫茲波位于“雷達”與“人”之間。是電磁波譜上由電子學向光子學過渡的特殊
2、區(qū)域，也是宏觀經典理論向微觀量子理論的過渡區(qū)域。圖1電磁波譜圖Fig1ElectromagneticspectrumTHz波在無線電物理領域稱為亞毫米波，在光學領域則習慣稱之為遠紅外輻射；從能量輻射上看，其大小在電子和光子之間。在電磁頻譜上，THz波段兩側的紅外和微波技術已經很成熟，但是THz技術還不完善。究其原因是因為此頻段既不完全適和用光學理論來處理，也不完全適合用微波理論來研究，缺乏有效的產生和檢測THz波的手段，從而形成了所說的“THz空隙”。2THz輻射研究的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀上世紀九十年代以后,超快激光技術的迅速發(fā)展,為太赫茲
3、脈沖的產生提供了穩(wěn)定、可靠的激發(fā)光源。太赫茲波段各種技術的研究才蓬勃發(fā)展起來。與此同時，半導體物理的研究和材料加工工藝的改進也日趨完善，人們在選擇與太赫茲輻射研究相關的半導體材料過程中發(fā)現(xiàn)半導體材料有著尤為重要的研究價值，且它們都是常用的半導體材料；同時通過摻雜工藝，改善半導體材料的性質，如載流子遷移率、壽命和阻抗都可以控制調整以適應光電器件的要求，這些半導體制作工藝上的發(fā)展促進了相關科學技術的發(fā)展。2.1THz輻射的特點THz技術之所以引起人們廣泛的關注，主要是由于太赫茲電磁波獨有的特點，各種物質在這一頻段的獨特響應及其在特定領域中
4、的不可替代性[1]。與其他波段的電磁波相比，脈沖寬帶THz電磁波具有如下特點：（1）高透射性：太赫茲對許多介電材料和非極性物質具有良好的穿透性,可對不透明物體進行透視成像,是X射線成像和超聲波成像技術的有效互補,可用于安檢或質檢過程中的無損檢測。（2）低能量性：太赫茲光子能量為4.1meV(毫電子伏特),只是X射線光子能量的108分之一。太赫茲輻射不會導致光致電離而破壞被檢物質,非常適用于針對人體或其他生物樣品的活體檢查。進而能方便地提取樣品的折射率和吸收系數(shù)等信息。（3）吸水性：水對太赫茲輻射有極強的吸收性,因為腫瘤組織中水分含量與
5、正常組織明顯不同，所以可通過分析組織中的水分含量來確定腫瘤的位置。（4）瞬態(tài)性：太赫茲脈沖的典型脈寬在皮秒數(shù)量級，可以方便地對各種材料包括液體、氣體、半導體、高溫超導體、鐵磁體等進行時間分辨光譜的研究，而且通過取樣測量技術，能夠有效地抑制背景輻射噪聲的干擾。（5）相干性：太赫茲的相干性源于其相干產生機制。太赫茲相干測量技術能夠直接測量電場的振幅和相位，從而方便地提取樣品的折射率、吸收系數(shù)、消光系數(shù)、介電常數(shù)等光學參數(shù)。（6）指紋光譜：太赫茲波段包含了豐富的物理和化學信息。大多數(shù)極性分子和生物大分子的振動和轉能級躍遷都處在太赫茲波段,所
6、以根據(jù)這些指紋譜,太赫茲光譜成像技術能夠分辨物體的形貌,分析物體的物理化學性質,為緝毒、反恐、排爆等提供相關的理論依據(jù)和探測技術。2.2太赫茲的研究現(xiàn)狀THz波現(xiàn)象其實早已為人們所發(fā)現(xiàn)，然而早期因缺乏有效的THz波產生和探測技術，使得相關研究進展極其緩慢[2]。進入20世紀80年代后，激光技術的迅速發(fā)展為研究有效THz波的產生和探測技術孕育了基礎。據(jù)文獻報道，1983年D.H.Anston[3]首次利用光學技術，通過超短激光脈沖激發(fā)光電導天線產生了相干脈沖寬帶THz輻射。鑒于D.H.Auston做出的巨大貢獻，光導天線后來常被稱為“A
7、ustonswiteh”。緊接著，D.Grischkowsky和D.H.Auston等又開發(fā)出了基于超短激光脈沖激發(fā)光電導天線的THz時域光譜探測技術。這種基于基于超短激光脈沖激發(fā)光電導天線的THz波產生和探測技術至今仍然是實驗設備應用的主流。1990-1992年，X.C.zhang和D.H.Auston[4]等又提出了原理上完全不同的THz波產生與探測方法一基于瞬態(tài)電光取樣及其逆過程的THz產生與探測技術。至此，THz波的產生與探測技術雖然還不成熟，但已經能夠用于相關儀器的制造與生產，為科研人員研究THz波與物質相互作用提供了必備的
8、實驗手段。太赫茲科學和技術有極大的應用潛力，但目前還受太赫茲輻射源的限制，比如：產生的太赫茲輻射強度不高、帶寬不夠寬、能量轉化效率低等因素，所以太赫茲領域的發(fā)展還需更大的努力。3太赫茲的產生和檢測3.1太赫茲波的產生TH
