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1、THz波及其光谱检测技术第17卷第1期2006年3月中国计量学院JournalofChinaJiliangUniversityVo1.17No.1Mar.2006【文章编号11004—1540(2006)01—0033—03THz波及其光谱检测技术张艳,张在宣,金尚忠,杨凯(中国计量学院信息工程学院,浙江杭州310018)【摘要】介绍了THz波的基本性质,应用前景和国内外的研究现状.并阐述了THz波的产生方法和探测方法.对中国计量学院拟开展的工作进行了分析和讨论..【关键词】THz波;光谱检测;光谱技术【中圈分类号】0441.4【文献标识码】ATerahertzwaveandt
2、hespectraltechnologyZHANGYan,ZHANGZai—xuan,jINShang—zhong,YANGKai(OptoelectronicsTechnologyInstitute.ChinaJiliangUniversity,Hangzhou310018.China)Abstract:Theterahertzbandisanelectromagneticregionthathasimportantscientificvalues.Intherecenttwentyyears?remarkableprogressintheresearchonterahert
3、zwavehasbeenachieved.Thepropertiesandap—plieationsofterahertzwavearepresentedinthispaper.Also,thegenerationanddetectionmethodsoftera—hertzwaveareintroduced.CombinedwiththeresearchcharacteristicsofChinaJiliangUniversity,thefutureworkonterahertzwaveiSdiscussed.Keywords:THzwave;spectralmeasurem
4、ent;spectraltechnologyTHz频段是指频率从0.3THz到10.0THz,介于毫米波和红外光之间的电磁辐射区域,属于远红外波段,是一个非常具有科学价值但至今尚未开发的电磁波辐射区域.在20世纪80年代中期以前,由于缺乏行之有效的THz波的产生方法和检测手段,人们对该波段电磁辐射性质的了解非常有限,以致该波段被称为电磁波谱中的THz空隙.近十几年来,超快激光技术的迅速发展,为THz脉冲的产生提供了稳定可靠的激光光源,使THz波的研究和应用成为一个迅速发展的前沿领域,并由于其具有重大的科学价值和广阔的应用前景而受到人们的普遍关注[1.].本文阐述THz波的独特性
5、质,应用前景以及国内外的研究现状,并详细分析THz光谱技术在样品检测中的应用.1THz波的基本性质THz波是电磁波谱中有待进行全面深入研究的一个频率段,图1展示了THz波段在电磁波谱中的位置.THz技术之所以引起极大的关注,在于该波段电磁波的重要性.首先,物质的THz光谱包含有丰富的物理和化学信息,如分子的振【收稿日期】2005—1l108【作奢简介】张艳(1978一).女.辽宁铁岭人.博士.主要研究方向为激光技术和光谱技术34中国计量学院第17卷动和转动光谱,特别是大分子(包括蛋白质等生物分子)的振动光谱在THz波段有很多特征峰,研究材料在这一波段的光谱特性对于探索物质的结构
6、具有重要意义.其次,THZ脉冲光源与传统光源相比,具有瞬态性,宽带性,相干性,低能性等很多独特的性质.这些特性使得THz技术具有如下几个方面的优势:THz波段微波可地光x.射线.射线10"111o910"10"101'10HzKHzMHzGHzTHzPHzEHzZHzYH濒牢圈1THz波段在电磁波谱中的位置1)THz脉冲的典型脉宽在皮秒量级,不但可以方便的对各种材料进行时间分辨的研究,而且通过取样测量技术,能够有效地抑制背景辐射噪音的干扰;2)由于单个THz脉冲的频带就可以覆盖从GHz至几十THz的范围,因此便于在大范围内分析物质的光谱性质;3)THz的相干测量技术能够直接测量
7、电场的振幅和相位,因此可以方便地提取样品的折射率,吸收系数等信息;4)THz光子的能量只有毫电子伏特,与X射线相比,不会因为电离而破坏被检测的物质.这些特点决定了THz技术的存在价值,并可以预见其在材料分析测试,光谱探测,环境检测,医疗诊断,宽带移动通讯,卫星通讯和军用雷达等方面具有极其巨大的应用潜能.THz波的产生和探测是THz光谱技术的关键,目前产生THz脉冲的主要方法有两种:光电导天线法和光整流法.光电导天线法是利用飞秒激光器辐照半导体材料表面.在其表面激发载流子,利用载流子在外加电场
