太赫茲時域光譜技術(shù)_孟田華

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1、第23卷第3期山西大同大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)Vol.23.No.32007年12月JournalofShanxiDatongUniversity(NaturalScience)Dec.2007太赫茲時域光譜技術(shù)1,2*1孟田華,趙國忠(1.首都師范大學(xué)物理系,北京100037;2.山西大同大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院,山西大同037009)摘要:介紹了太赫茲時域光譜技術(shù)的優(yōu)勢,太赫茲時域光譜系統(tǒng)及太赫茲時域光譜技術(shù)的原理和應(yīng)用.關(guān)鍵詞:太赫茲電磁輻射時域光譜中圖分類號:O433.2文獻標(biāo)識碼:A文章編

2、號:1674-0874(2007)03-0014-04太赫茲時域光譜技術(shù)是最新的電磁波譜技術(shù).通常所研究的THz輻射指的是頻率在0.1作為近年來頗受關(guān)注的一個技術(shù)領(lǐng)域,太赫茲技術(shù)THz～10THz,即波長在30μm～3mm,波數(shù)在3.3-1-1在很多基礎(chǔ)研究領(lǐng)域、工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、軍cm～330cm之間的電磁波段.現(xiàn)在,太赫茲時域事領(lǐng)域及生物領(lǐng)域中有重要的應(yīng)用前景.光譜技術(shù)所發(fā)展的100GHz到3THz之間的線性電磁波譜技術(shù)作為人類認(rèn)識世界的工具,擴光譜學(xué),為物質(zhì)探測提供了巨大的靈活性.近

3、十幾展了人們觀察世界的能力.人眼借助于可見光可以年來,由于超快激光技術(shù)的迅速發(fā)展,這為太赫茲欣賞五顏六色的世界,利用付利葉變換紅外光譜脈沖的產(chǎn)生提供了穩(wěn)定、可靠的激發(fā)光源,使太赫[1,2]技術(shù)和拉曼光譜技術(shù)等可以了解分子的振動和轉(zhuǎn)茲輻射的產(chǎn)生和應(yīng)用得到進一步的發(fā)展.動等性質(zhì),利用X射線衍射技術(shù)可以了解物質(zhì)的1太赫茲時域光譜技術(shù)的優(yōu)勢[1]結(jié)構(gòu)信息.而太赫茲光譜技術(shù)作為新興的光譜技術(shù)能夠與紅外、拉曼光譜技術(shù)形成互補,甚至在某目前,國際上對太赫茲輻射已達(dá)成如下共識,些方面能夠發(fā)揮不可替代的作用,從而

4、成為本世即太赫茲是一種新的、有很多獨特優(yōu)點的輻射源.紀(jì)科學(xué)研究的熱點領(lǐng)域.太赫茲光譜技術(shù)不僅信噪太赫茲技術(shù)是一個非常重要的交叉前沿領(lǐng)域,給比高,能夠迅速地對樣品組成的微細(xì)變化做出分析技術(shù)創(chuàng)新、國民經(jīng)濟發(fā)展和國家安全提供了一個和鑒別,而且太赫茲光譜技術(shù)是一種非接觸測量技非常誘人的機遇.它之所以能夠引起人們廣泛的關(guān)術(shù),它能夠?qū)Π雽?dǎo)體、電介質(zhì)薄膜及物體材料的物注、有如此之多的應(yīng)用,首先是因為物質(zhì)的太赫茲理信息進行快速準(zhǔn)確的測量.光譜(包括透射譜和反射譜)包含著非常豐富的物12理和化學(xué)信息,所以研究物質(zhì)

5、在該波段的光譜對太赫茲輻射(THz輻射,1THz=10Hz)在電磁波譜上位于微波和紅外之間,屬于遠(yuǎn)紅外波段,如圖于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索具有重要意義;其次是因為太1所示.赫茲脈沖光源與傳統(tǒng)光源相比具有諸如瞬態(tài)性、寬帶性、相干性、低能性等很多獨特的性質(zhì),利用太赫茲脈沖可以分析材料的性質(zhì),其中太赫茲時域[2]光譜(THz-TDS)是一種非常有效的測試手段.THz-TDS技術(shù)是太赫茲光譜技術(shù)的典型代表,出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代,是一種新興的、非常有效的相干探測技術(shù).圖1太赫茲波段在電磁波譜中的示意圖THz-TD

6、S技術(shù)有如下一些特性:收稿日期:2007-10-10作者簡介:孟田華(1980-),女,山西懷仁人,在讀碩士,助教,研究方向:光電信息.*趙國忠,教授,通訊作者.2007年山西大同大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)·15·1)THz-TDS系統(tǒng)對黑體輻射不敏感,在小于43THz時信噪比可高達(dá)10,這要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傅立葉變換紅外光譜技術(shù),而且其穩(wěn)定性也比較好.2)由于THz-TDS技術(shù)可以有效地探測材料在太赫茲波段的物理和化學(xué)信息,所以它可以用于進行定性的鑒別工作,同時它還是一種無損探測方法.3)利用THz-TD

7、S技術(shù)可以方便、快捷地得到多種材料如電介質(zhì)材料、半導(dǎo)體材料、氣體分子、生物大分子(蛋白質(zhì)、DNA等)以及超導(dǎo)材料等的振幅和相位信息.4)在導(dǎo)電材料中,太赫茲輻射能夠直接反映載流子的信息,THz-TDS的非接觸性測量比基于圖2典型的太赫茲時域光譜系統(tǒng)Hall效應(yīng)進行的測量更方便、有效.而且,THz-TDS技術(shù)已經(jīng)在半導(dǎo)體和超導(dǎo)體材料的載流子測量和在太赫茲光譜系統(tǒng)中最常用的飛秒激光器是分析中發(fā)揮出了重要的作用.鈦寶石鎖模激光器,它能產(chǎn)生波長在800nm左右5)由于太赫茲輻射的瞬態(tài)性,可以利用的飛秒激

8、光脈沖.飛秒激光脈沖經(jīng)過分束鏡后被分THz-TDS技術(shù)進行時間分辨的測量.為泵浦脈沖和探測脈沖,前者經(jīng)過時間延遲系統(tǒng)另外,THz-TDS技術(shù)還具有寬的帶寬、探測靈后入射到太赫茲輻射產(chǎn)生裝置上產(chǎn)生太赫茲脈敏度高,以及能在室溫下穩(wěn)定工作等優(yōu)點,所以它沖,后者和太赫茲脈沖一同共線入射到太赫茲探可以廣泛地應(yīng)用于樣品的探測.以上這些特點決定測裝置上,并以此來驅(qū)動太赫茲探測裝置進行測了太赫茲技術(shù)在很多基礎(chǔ)研究領(lǐng)域、工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)量.通過控制時間延遲系統(tǒng)來調(diào)節(jié)泵浦脈沖和探測域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、生物領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域及國家安