太赫兹技术及应用PPT课件

光学前沿-THz科学技术及应用,山西大同大学物电学院,邓富胜,2010.6,(三)THz波的产生与探测,(四)THz波的应用,(一)什么是THz波？,(二)THz波的主要特征,内容概要,(一)什么是THz波?,THz在电磁波谱中的位置,THz辐射(射线)通常指的是频率在0.1THz10THz(波长在3m30)之间的电磁波，其波段在微波和红外光之间，属于远红外波段，此波段是人们所剩的最后一个未被开发的波段。,THz波具有波的特性:衍射和干涉,塑料板上的单孔,单孔衍射(f=1.8mm),杨氏干涉实验,双缝干涉,空间相干,T-射线的干涉图样,(二)THz波的主要特征,T-射线的几个主要特性,（一）相干性,THz技术的相干测量技术能够直接测量电场振幅和相位，可以方便地提取样品的折射率、吸收系数.,（二）低能性,(4.1meV1THz),X-射线30kev相差7个数量级!,光学常数的提取：,折射率和吸收系数,f(w)位相L样品厚度r(w)THz波的振幅n折射率c光速,相对吸收系数,ISample样品信号的光强Ireference参考信号的光强,返回,（四）大多数极性分子如水分子，对THz辐射有强烈的吸收。,（三）THz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。,在THz成像技术中，可以利用对水的强烈吸收特性分辨生物组织的不同状态，如对人体烧伤部位的损伤程度进行诊断，还可以进行产品质量控制，如测量食品表面水分含量以确定其新鲜程度。,THz成像(HuMR和CT不能对骨头成像；PET有很高的灵敏度但空间分辨率差。T-ray成像可能解决上述问题：THz与X-ray的最大区别在于，它在远红外区，光子能量比X-ray小约百万倍，没有离子化辐射问题；THz频率段正好处在分子相互作用段，它可以给出位置和密度的信息。可用于分子活动的研究，并给出很高的空间分辨率（300um）。它很少散射，使成像很简单，不需要进行散射校正。THzray在成像中的最重要的特性是，在THzray作用下，不同的分子具有特定的相互作用，可用于在分子尺度上的材料确定，用于诊断疾病和癌疹的早期发现。THzray可用于计算机照相，THzrayCT可获得三维分子或化学的图象，其分辨率可达um量级。,THz在医学中的应用,4,3,2,1,0,电光信号(nA),40,30,20,10,0,TimeDelay(ps),癌变组织,正常组织,癌变组织和正常组织的THz波具有不同的振幅，波形和时间延迟，我们可以从中得到肿瘤的大小和形状。,THz成像,标准照片,THz波形,肿瘤,THz乳腺肿瘤(模型)成像,四.THz在生物、环境监测上的应用,由于生物大分子的振动和转动能量均在THz波段，因而利用THz辐射技术可得到DNA的重要信息，这对粮食选种、优良菌种选择等起着重要作用；THz在生物化学应用以及药物的分析和检测等方面都具有良好的功能；THz辐射可以穿透烟雾，又可检测有毒或有害分子，所以在环境监测和保护方面将得到应用。,不同厂家镇静类药的太赫兹光谱研究,1.不同厂家地西泮药及其有效成分的太赫兹光谱比较,不同厂家地西泮药(a)以及其有效成分纯地西泮(b)在0.22.6THz范围的吸收光谱,有效成分含量：3.7%,厂家：北京益民制药厂、天津力生制药厂,原因：1、有效成分含量小；2、不同厂家掺杂物成分不同。,2.不同厂家卡马西平药及其有效成分的太赫兹光谱比较,不同厂家卡马西平药(a)以及其有效成分纯卡马西平(b)在0.22.6THz范围的吸收光谱,有效成分含量约：59%,意义：1、不同类型药物的鉴定2、同类药物不同厂家的鉴定3、对于有效成分含量较高的还可以进行定量计算,厂家：上海复旦复华制药厂和上海三维制药厂,THz雷达可成为未来高精度雷达的发展方向:由于THz波比通常微波的频率更高,在远程军事目标探测、显示前方烟雾中的坦克、远距离成像、多光谱成像等方面有重要的应用,能够探测比微波雷达更小的目标和实现更精确的定位，具有更高的分辨率和更强的保密性。THz技术在反隐身方面有特殊的功能：目前各种军事目标、武器的隐身主要是针对微波、毫米波波段的隐身，而在尚未充分开发利用的THz波段中几乎未涉及。所以THz雷达有望探测到目前各种军事目标和武器，将成为反隐身的军事武器。,五.THz技术在国防上的重要作用。,THz雷达,R.A.ChevilleandD.GrischkowskyAppl.Phys.Lett.67,1960(1995),THz波用于通信可获得10GB/s无线传输速度，比当前的超宽带技术快数百至上千倍；与可见光和红外线相比，它同时具有极高的方向性以及较强的云雾穿透能力。这就使得THz通信可以以极高的带宽进行高保密卫星通信。THz卫星成像和通信技术可能是今后各国关注的重要领域。,六.THz技术在军事通信上有独特的优势,常规法成像结果THz波成像结果,THz通讯,108meterswith32mirrors,2.4metersaftertheemitter,T-射线收发器,THz收发器,目标,T-射线波,七、THz技术对发展新一代IT产业的作用,可以预言，一旦THz辐射源、检测技术等得到发展，THz技术将在IT领域具有很强的竞争力。目前世界上已有不少公司从事有关THz技术商品化的工作，如美国一些大学孵化了Picometrix、PhycicalscienceInc.、CalabazasCreekRes.Inc.等公司。英国剑桥大学孵化了TeraViewLtD.英国和欧洲建立了ThruVision公司。日本已有不少公司在进行有关THz技术的研发和商业化的工作等。,Ghost?,其它THz波成像结果,ImagesofaComputer,aLadysbag,aSuitcase,0.6THzImageofaRacquetballRacketinaBag,