迅猛发展的太赫兹_太赫兹技术在无损检测中的应用_王芳

《迅猛发展的太赫兹_太赫兹技术在无损检测中的应用_王芳》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、专业文档第10卷第4期三江高教Vol．10，No．42014年12月HigherEducationofSanjiangUniversityDec．，2014·教学研究·迅猛发展的太赫兹———太赫兹技术在无损检测中的应用王芳1，刘云飞2(1．三江学院电子信息工程学院，江苏南京210012;2．南京林业大学信息科学技术学院，江苏南京210037)摘要:太赫兹(THz)辐射是一种新型的远红外相干辐射源，具有很多独特的性质。利用太赫兹时域光谱技术和太赫兹成像技术实现无损检测，已经成为现有无损检测技术的有力补充。笔

2、者介绍了太赫兹无损检测技术在多个领域的应用，论述了太赫兹技术在这些领域的检测原理，探讨了存在的问题，并对发展前景进行了展望。关键词:太赫兹(THz);无损检测;太赫兹成像;太赫兹时域光谱技术中图分类号:TN24文献标识码:B文章编号:JS-S265(2014)04-0025-005WORD资料可编辑专业文档一、引言太赫兹辐射(Terahertz，THz)是对特定波段电磁辐射的统称，指频率在0．1THz～10THz(波长在3mm～30μm)范围内的电磁辐射(1THz=1012Hz)。这一频段的电磁波又叫毫米

3、波或亚毫米波;在光谱学领域，则被称为远红外波，其能量介于电子和光子之间，所以既不能完全用光学理论来处理，也不能完全用微波的理论来研究。在20世纪80年代中期之前，由于缺乏太赫兹波高效率的发射源和灵敏的探测器，这一波段的电磁辐射并未得到深入研究，只有极少量的技术和应用，从而也就形成了科学家们通常所说的“太赫兹空隙”(THzGap)。近几十年里，得益于超快光电子(optoelectronic)与低尺度半导体技术的飞速发展，为太赫兹波段提供了合适的光源和探测手段，使得太赫兹辐射逐渐兴起，并受到各国的重视。20

4、03年美国哥伦比亚号航天飞机失事原因，便是通过太赫兹技术与微波相结合所探查的。图1为太赫兹波在电磁波谱的位置。太赫兹波之所以受到人们的关注，是因为太赫兹辐射与其它波段的电磁波辐射相比存在很多特性:1．宽带性。太赫兹脉冲源包含几个周期的电磁振荡，单个脉冲频带范围可从GHz到几十THz。2．瞬态性。太赫兹的脉冲脉宽在皮秒量级，可以很方便地对各种需时间分辨的材料进行研究，通过取样测量可以有效WORD资料可编辑专业文档收稿日期:2014-10-10基金项目:国家自然科学基金项目(31200541)作者简介:王芳(

5、1984—)，女，三江学院电子信息工程学院讲师，南京林业大学信息科学技术学院博士生。研究方向:无损检测技术。刘云飞(1962—)，男，博士，南京林业大学信息科学技术学院教授、博导。研究方向:无损检测技术。WORD资料可编辑专业文档25WORD资料可编辑专业文档第4期三江高教第10卷的太赫兹信号，从而得到该物体的内部特征如:结构、组成和缺陷。利用太赫兹实现无损检测，最关键的就是产生高效的太赫兹波、灵敏探测、最优的数据解释等。即首先获得检测样品的太赫兹光谱，然后通过对光谱分析、成像，最后得到样品的相关属性。(

6、一)太赫兹时域光谱技术图1太赫兹波在电磁波谱的位置太赫兹时域光谱技术(THz－TDS)是20世纪80年代由AT＆T，Bell实验室和IBM公司的T．J．Watson研究中心研究出的，是一种地抑制背景辐射噪音，目前测量辐射的强度信较新的太赫兹波谱技术。它利用在太赫兹频噪比可大于1010，具有较好地稳定性。3．指纹带内不同物质对应不同特征吸收谱的特性来谱性。大多数极性分子和生物大分子的振动分析结构、物质成分以及其相互作用关系。太与转动能级跃迁正好处于THz波段，可对它赫兹时域光谱技术主要有透射式和反射式两们的

7、“指纹”特征谱进行分析，便可研究它们种，可以根据检测样品的特征来选择合适的光的成分结构，物理化学性质等，为检测提供相谱技术。当检测样品很薄，穿透性很好的时关的理论依据。4．相干性。太赫兹光谱技术候，选择透射式THz－TDS;当检测样品为光的相干性能够直接测量电场振幅和相位信息，厚介质(如重掺杂载流子半导体)时，需要选可很方便地提取样品的折射率与吸收系数，和择反射式THz－TDS来对其进行探测。图2Kramers－Kronig关系相比，极大的减少了计为太赫兹时域光谱系统组成。算与不确定性。5．低能性。太赫兹

8、光子的能量仅为毫电子伏特，与其他方法相比(如X射线)，不会因电离而破坏被检测的物质。因此，THz波在医疗诊断、生物成像等方面具有WORD资料可编辑专业文档重大的科学价值。6．穿透性。太赫兹辐射对大多数的非极性物质是透明的，太赫兹辐射能够轻易地穿透各种非透明非极性材料，可与X射线成像和超声波成像技术形成互补，对藏匿物体进行检测。7．惧水性。多数的极性分子对太赫兹具有很强的吸收，可通过对其特征谱分析来研究物质成分与对产品质量实行检