太赫兹技术及其应用详解.doc
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1、太赫兹技术及其应用详解太赫兹研究主要集中在0.1-10 THz 频段。 这是一个覆盖很广泛并且很特殊的一个频谱区域。起初, 这一频段被称为THz Gap (太赫兹鸿沟),原因是这一频段夹在两个发展相对成熟的频,即电子学频谱和光学频谱之间。 其低频段与电子学领域的毫米波频段有重叠, 高频段与光学领域的远红外频段(波长0.03-1.0 mm) 有重叠。 由于这一领域的特殊性, 形成了早期研究的空白区。 但随着研究的开展, 太赫兹频谱与技术对物理、化学、生物、电子、射电天文等领域的重要性逐渐显现, 其应用也开始渗透到社会经济以及国家安全的很多方面, 如生物成像、THz 波谱快速检测、高速通信、穿墙雷
2、达等。 太赫兹之所以具有良好的应用前景, 主要得益于其光谱分辨力、安全性、透视性、瞬态性和宽带等特性。例如: 自然界中许多生物大分子的振动和旋转频率都处在太赫兹频段, 这对检测生物信息提供了一种有效的手段; 太赫兹频段光子能量较低, 不会对探测体造成损坏, 可以实现无损检测; 太赫兹波对介质材料有着良好的穿透能力, 从而可作为探测隐蔽物体的手段; 太赫兹脉冲的典型脉宽在皮秒量级, 可以得到高信噪比的太赫兹时域谱, 易于对各种材料进行光谱分析; 此外, 太赫兹频段的带宽很宽, 从0.1-10 THz可为超高速通信提供丰富的频谱资源。相对于毫米波技术, 太赫兹技术的研究还处在探索阶段。太赫兹技术主
3、要包括太赫兹波源、太赫兹传输和太赫兹检测等,其关键部件可以分为无源元件和有源器件。 无源元件包括太赫兹传输线、滤波器、耦合器、天线等, 而有源器件包括太赫兹混频器、倍频器、检波器、放大器、振荡器等。1、太赫兹源伴随着太赫兹波生成技术的发展, 太赫兹源的研究已有很多有价值的新进展。 研发低成本、高功率、室温稳定的太赫兹源是发展太赫兹技术的基础。 太赫兹源的分类多种多样, 按照产生机理, 可以分为基于光学效应和基于电子学的太赫兹源。按照源类型可以分成3 类: 非相干热辐射源、宽带太赫兹辐射源以及窄带太赫兹连续波源。1.1 非相干热辐射源非相干热辐射源在热平衡的情况下将热能转换为光能, 产生连续的光
4、谱。 主要例子如日常生活中的太阳, 以及白炽灯。 由于其产生的太赫兹波功率很低, 应用前景较为局限。1.2 宽带太赫兹辐射源宽带太赫兹辐射源目前主要应用于光谱系统, 主要由周期为几十到几百个飞秒的脉冲产生,在频谱上包含高达几十太赫兹的超宽频谱分量。 产生方法包括:a) 光导天线:光导天线进行太赫兹辐射的主要机理是光导天线在光脉冲的照射下产生载流子, 并在电场作用下加速运动, 在表面产生瞬态电流,进而辐射太赫兹电磁波,其特点是具有较高的输出能量。 近年来, 国内外开展了很多关于光导天线产生宽带太赫兹波的研究。b) 光整流法: 光整流法是利用非线性的光整流效应, 使两个光束或者一个高强度的单色光束
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