太赫兹检测技术ppt课件
太赫兹介电检测方法
太赫兹介电检测方法
太赫兹介电检测技术是一种利用太赫兹波进行介电特性测试的方法，可用于材料测试、生物医学领域、通信技术等多个领域。
太赫兹介电检测中，太赫兹波被用作一种非常敏感的电磁波，这种波长范围在红外线
和微波之间，对于材料的电学和光学特性非常敏感，因此被广泛应用于材料测量和分析。
太赫兹介电检测工作原理是通过射频电场与样品中电荷的相互作用，测量材料的介电
常数，从而得知材料的电学特性，如电容率、介电损耗、电导率等。
它采用非接触式的测
试方式，无需对样品进行任何处理，因此不会破坏样品，适用于材料的在线检测。
太赫兹介电检测技术的应用非常广泛，特别是在材料测试上，如颗粒物检测、涂层检测、建筑材料检测等方面都有广泛的应用。
此外，它也被用于生物医学领域的细胞和组织
成像、癌症诊断、药物传递等方面；在通信技术中，太赫兹介电检测技术也被用于无线电
频道选择、太赫兹无线通信等。
太赫兹介电检测技术有许多优势，例如测量范围广，可以测量从毫米到纳米的样品；
非接触式测试方式可以保证测试结果的准确性；测试速度快，一般为几秒钟到几分钟；可
以测量透明、半透明和不透明的材料。
不过，太赫兹波的穿透深度较小，一般只能测量材料的表面性质，因此在测量各向同
性材料和不均匀材料时可能会存在一定的误差。
此外，太赫兹介电检测技术的设备成本较高，对于某些应用领域的普及性有一定的限制。
太赫兹(THz) 科学技术及应用
Chopper
(四) THz波的应用
美国: 主要研究力量
目前全世界有 100个以上的研 究小组在进行 与THz 有关的 研究 欧洲: Teravision, Terabridge Teraview Ltd. 日本: Tera-photonics
台湾: Tera-photonics
China: NNSFC 新的 THz 项目
’
三. 在医学成像、诊断上的特殊作用
● MR, CT, PET 在医学成像中发挥很大的作用，但有局限性。
● CT, PET 均采用离子化辐射，可能会引起别的疾病; ● MR 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。 THz –ray在成像中的最重要的特性是，在THz –ray 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。 THz –ray可用于计算机照相，THz –ray CT可获得三维分子 或化学的图象，其分辨率可达 um 量级。
1. THz在安全检查上的应用
报纸
尖刀 !!
THz在安全检查上的应用
恐怖分子
T-射线 收发器
人质
当警察需要从屋外确知人质、恐怖分子和武器的详细位置和 状况的时候，我们可否使用THz收发器来帮忙?
2. THz在毒品检测中的应用
太赫兹(THz)物理、器件及其应用PPT文档46页
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
4一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
第三章 太赫兹波的探测
第三章 太赫兹波的探测和太赫兹辐射源一样，太赫兹探测也是太赫兹科技中的另一项关键技术，是太赫兹技术投入到实际应用的另一关键环节。
由于目前太赫兹辐射源的功率普遍都较低，因此发展高灵敏度、高信噪比的太赫兹探测技术尤为重要。
太赫兹的探测方法比较多，不过依据太赫兹辐射的形式不同，可以将它们大致分为太赫兹脉冲辐射的探测和太赫兹连续波信号的探测两类。
另外，本章对太赫兹单光子的探测技术也做了简要的介绍。
3.1 脉冲太赫兹信号探测光电导取样和电光取样是两种应用最广的相干探测THz脉冲的方法。
其中，电光取样又可分为时分电光取样和波分电光取样两种。
此外，对应第二章中的空气产生太赫兹辐射的相关内容，本节会相应介绍一下利用空气探测太赫兹脉冲。
3.1.1 光电导取样光电导取样是基于光导天线（photoconductive antenna, PCA）发射机理的逆过程发展起来的一种探测THz脉冲信号的探测技术。
如要对THz脉冲信号进行探测，首先，需将一个未加偏置电压的PCA放置于太赫兹光路之中，以便于一个光学门控脉冲（探测脉冲）对其门控。
其中，这个探测脉冲和泵浦脉冲有可调节的时间延迟关系，而这个关系可利用一个延迟线来加以实现；尔后，用一束探测脉冲打到光电导介质上，这时在介质中能够产生出电子-空穴对（自由载流子），而此时同步到达的太赫兹脉冲则作为加在PCA上的偏置电场，以此来驱动那些载流子运动，从而在PCA中形成光电流。
最后，用一个与PCA相连的电流表来探测这个电流即可，如图3-1所示。
其中，这个光电流与THz瞬时电场是成正比的。
图3-1 光电导偶极天线探测脉冲（飞秒量级）的持续时间要远短于太赫兹脉冲（皮秒量级）的，所以通过改变这两个脉冲之间的时间延迟，就可以“取样”出THz的波形来，可参见图3-2。
其中，这里所探测到的太赫兹信号只是入射太赫兹脉冲与PCA响应函数的卷积。
在实际的光谱实验中，探测器和发射极的响应可以通过解卷积来求得，也可将信号与参考脉冲正交化来求得。
太赫兹光谱检测 被动式
太赫兹光谱检测被动式
被动式太赫兹人体安检成像系统不对被检测人发射太赫兹波，而是完全利用人体本身的辐射对被检测人进行成像。
它主要由准光系统、太赫兹探测器和信号图像处理系统组成。
被动式太赫兹人体安检成像系统原理图根据黑体辐射的普朗克公式计算，人体（37℃）发射功率的峰值位于电磁波谱中的远红外波段。
以350GHz中心频率为例计算，人体发射功率在50GHz的带宽内与一个20℃物体的差值仅有10nW/cm²，要实现对差别如此小的功率的探测和进一步的成像是被动式太赫兹成像系统面临的最大困难。
太赫兹扫描
太赫兹扫描：探索未知的世界太赫兹波是一种介于微波和红外线之间的电磁波，其频率范围在0.1-10太赫兹之间。
太赫兹波的特点是穿透力强，对生物和材料的影响小，因此在医学、安检、材料科学等领域有着广泛的应用。
其中，技术是一种非接触式的成像技术，可以用于检测物体的内部结构和成分，具有很高的分辨率和灵敏度。
医学应用技术在医学领域的应用主要集中在肿瘤检测和诊断方面。
太赫兹波可以穿透人体组织，对于肿瘤等异常组织有着很高的敏感性。
通过技术，医生可以非常清晰地看到肿瘤的位置、大小和形态，从而更加准确地进行诊断和治疗。
此外，技术还可以用于检测牙齿和骨骼等硬组织的内部结构，为医生提供更加全面的诊断信息。
安检应用技术在安检领域的应用也越来越广泛。
传统的安检设备主要是金属探测器和X射线机，但这些设备无法检测到非金属物质，如液体、塑料等。
而技术可以检测到这些非金属物质，因此在安检中具有很大的优势。
技术可以用于检测行李箱、包裹、人体等物体的内部结构和成分，从而更加准确地判断是否存在危险物品。
材料科学应用技术在材料科学领域的应用也非常广泛。
太赫兹波可以穿透很多材料，如塑料、纸张、陶瓷等，因此可以用于检测这些材料的内部结构和成分。
技术可以用于检测材料的密度、厚度、含水量等参数，从而为材料科学家提供更加全面的材料信息。
此外，技术还可以用于检测材料的缺陷和裂纹等问题，为材料的质量控制提供了新的手段。
总结技术是一种非常有前景的成像技术，具有广泛的应用前景。
在医学、安检、材料科学等领域，技术都可以发挥重要的作用，为人类的生产和生活带来更多的便利和安全。
随着技术的不断发展和完善，相信技术将会有更加广泛的应用和更加深入的研究。
太赫兹技术
太赫兹技术太赫兹定义：太赫兹波通常指频率在 0.1～10 THz，或者波长在 3 mm～30um 的电磁辐射，它处于红外波与微波之间，在低频区与毫米波重叠，在高频区与红外波重叠，如下图所示，其在电磁波谱的特殊位置决定了它具有非常独特的辐射特性。
1 THz（1×1012Hz）对应的波长为 300um波数为 33 cm-1，单光子能量为 4.1 meV；在室温下，热噪声 kBT/h ≈ 6THz可见太赫兹辐射的光子能量与室温下的热噪声相当。
太赫兹特点：第一，低能量，1THz电磁辐射的单光子能量只有4.1meV，不及X射线电磁辐射单光子能量的百万分之一，在医学检查和无损检测方面具有广泛的应用前景。
第二，宽频谱，脉冲太赫兹辐射的频谱范围从几十GHz到几十个THz，许多生物大分子的振动和转动能级，以及半导体，超导材料等的声子振动能级都在THz频段，在光谱分析和物质识别等方面具有非常广泛的应用前景。
第三，强穿透，大部分非极性材料在THz波段没有明显的吸收，因此THz辐射对于这些材料有非常强的穿透能力，THz技术在公共场所进行安全检查方面具有非常强的应用前景。
第四，瞬态性，脉冲THz辐射的典型时间宽度大约在ps或者亚ps量级，可以对材料进行超快时间研究；目前，利用THz时域光谱技术，可以得到大于104的强度信噪比，远远高于FTIR技术。
太赫兹产生：随着超短脉冲激光技术的飞速发展，为太赫兹脉冲的产生提供了有效且稳定的激发光源，配合半导体技术的日益完善以及加工工艺的日趋成熟，D. H. Auston和 D. Grischkowsky等在20 世纪80 年代利用天线辐射原理，设计制作了多种结构的偶极子天线，沉积到Ⅲ-Ⅴ族半导体材料（GaAs，InP等）表面上，利用超短飞秒脉冲激光激发这些半导体材料产生光生载流子，同时给天线电极两端施加一个偏压电场，在此作用下半导体材料表面会形成瞬变光电流，这种随时间快速变化的光电流可以向外辐射太赫兹波。
太赫兹技术及应用
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
电光晶体 (光整流) 光电导天线 (更高功率) Gunn 振荡器， 冷等离子体 等等。
辐射源:
电光晶体 (电光效应) 热辐射探测器 (bolometer) 光电导偶极天线 (高灵敏度)等。
探测器:
THz波的产生
常用的两种产生方法：
1
光电导天线的方法
2
光整流的方法
3
光电导天线的基本原理
单击此处添加小标题
几种炸药的远红外谱线
3. THz在爆炸物检测中的应用
Our data
Japanese data
UK
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
0
1
2
3
4
1.97
1.45
0.82
RDX
Absorbance (a.u.)
Frequency (THz)
China
RDX (C-4) Comparison: US, Japan, UK, China
0
20
40
60
80
-3
-2
-1
0
1
2
3
THz Field (nA)
Time (ps)
0
20
40
60
80
-80
-40
0
40
80
THz Field (pA)