太赫兹波的独特性质

1.3 太赫兹波的独特性质目前，国际上对太赫兹辐射已达成如下共识，即太赫兹是一种新的、有很多独特优点的辐射源；太赫兹技术是一个非常重要的交叉前沿领域，给技术创新、国民经济发展和国家安全提供了一个非常诱

太赫兹波的独特性质 1.3 目前，国际上对太赫兹辐射已达成如下共识，即太赫兹是一种新的、有很多独 特优点的辐射源；太赫兹技术是一个非常重要的交叉前沿领域，给技术创新、国民 经济发展和国家安全提供了一个非常诱人的机遇。它之所以能够引起人们广泛的关 注、有如此之多的应用，首先是因为物质的太赫兹光谱（包括透射谱和反射谱）包 含着非常丰富的物理和化学信息，所以研究物质在该波段的光谱对于物质结构的探 索具有重要意义；其次是因为太赫兹脉冲光源与传统光源相比具有很多独特的性 质。其中最重要的是前四种特性，后三种特性都是基于前四种发展而来。 1 （）瞬态性：太赫兹脉冲的典型脉宽在皮秒量级，不但可以方便地对各种材 ) 进行时间分辨的研究，而且通过取样 ( 料包括液体、半导体、超导体、生物样品等 测量技术，能够有效地抑制背景辐射噪声的干扰。目前，辐射强度测量的信噪比可 4 2 （）宽带性：太赫兹脉冲源通常只包含若干个周期的电磁振荡，单个脉冲的 GHz 频带可以覆盖从至几十太赫兹的范围，便于在大的范围里分析物质的光谱性 质。 3 （）相干性：太赫兹的相干性源于其产生机制。它是由相干电流驱动的偶极 子振荡产生，或是由相干的激光脉冲通过非线性光学效应（差频）产生。太赫兹相 干测量技术能够直接测量出电场的振幅和相位，可以方便地提取样品的折射率、吸 Kramers-Kronig 收系数，与利用关系来提取材料光学常数的方法相比，大大简化了 运算过程，提高了可靠性和精度。 4X （）低能性：太赫兹光子的能量只有毫电子伏特，与射线相比，不会因为电离 而破坏被检测的物质。因此我们可以利用太赫兹做无损检测（毫米波、红外、 X 超声技术也都具有这种优势，但是－射线除外）。 5 （）太赫兹辐射对于很多非极性物质，如电介质材料及塑料、纸箱、布料等 , 包装材料有很强的穿透力可用来对已经包装的物品进行质检或者用于安全检查 X （红外技术，－射线、超声技术也能实现这种功能）。 6 （）大多数极性分子如水分子、氨分子等对太赫兹辐射有强烈的吸收，可以 通过分析它们的特征谱研究物质成分或者进行产品质量控制。同时，许多极性大分 子的振动能级和转动能级正好处于太赫兹频段，使太赫兹光谱技术在分析和研究大 分子方面有广阔的应用前景。 71-2 （）如图所示，太赫兹成像技术与其他波段的成像技术相比，它所得到 X 的探测图像的分辨率和景深都有明显的增加（超声、红外、－射线技术也能提高图 像分辨率，但是毫米波技术却没有明显的提高）。另外太赫兹技术还有许多独特的特 性，如在非均匀的物质中有较少的散射，能够探测和测量水汽含量等等。