太赫兹的特性

人们关注THz技术是因为THz射线无处不在,是人们认识自然的有效线索和工具。然而,相对于其他波段的电磁波,如红外和微波,对它的了解和应用是非常匮乏的。其次,THz射线有自己的特点。

太赫兹脉冲的典型脉宽在皮秒量级,不仅可以方便时间分辨率的研究,还可以通过采样测量技术有效抑制远红外背景噪声的干扰。目前,脉冲太赫兹辐射通常具有较低的太赫兹射线平均功率。但由于太赫兹脉冲的峰值功率较高,加上相干探测技术获得的太赫兹脉冲实时功率,因此具有较高的信噪比。目前,时域频谱系统的信噪比可以达到10 5或更高。

太赫兹脉冲源通常只包含几个周期的电磁振荡,单个脉冲的频带可以覆盖从GHz到几十THz的范围。许多生物大分子的振动和转动能级,电介质、半导体材料、超导材料、薄膜材料等的声子振动能级。属于太赫兹波段范围。因此,太赫兹时域光谱作为探测物质在太赫兹波段信息的有效手段,非常适合测量物质的吸收光谱,并可用于定性鉴别。

太赫兹光子的能量较低,频率为1太赫兹的光子能量只有4毫电子伏左右,不容易破坏被探测物质。

许多非金属非极性材料对THz射线的吸收很小,结合相应的技术有可能探测到材料的内部信息。例如陶瓷、纸板、塑料制品、泡沫等。对太赫兹电磁辐射是透明的,因此太赫兹技术可以作为X射线的非电离和相干互补辐射源,用于机场、车站等场所的安全监控,例如检测隐藏的走私物品,包括枪支、爆炸物、毒品等。以及检测集成电路的焊接情况。极性物质对THz电磁辐射的吸收率很强,尤其是水。在太赫兹光谱技术中需要采取各种措施来避免水的影响。但在太赫兹成像技术中,这一特性可以用来区分生物组织的不同状态,如动物组织中脂肪和肌肉的分布,诊断人体烧伤部位的损伤程度,植物叶片组织中水分的分布等。与其他成像技术相比,太赫兹成像技术明显提高了探测图像的分辨率和景深(超声波、红外和X射线技术也能提高图像分辨率,毫米波技术没有明显提高)。此外,太赫兹技术具有许多独特的特性,如在异质材料中散射少,能够探测和测量水汽含量等。

太赫兹光谱技术不仅信噪比高,而且可以快速分析和识别样品成分的细微变化。太赫兹光谱技术是一种非接触测量技术,使其能够快速、准确地测量半导体、介质薄膜和块状材料的物理信息。鉴于THz射线的特性,它将对通信、雷达、天文、医学成像、生化鉴定、材料科学、安全检查等领域产生深远的影响,进而改变人们的生产和生活。