The transmission enhancement of a THz pulse through an Ag/Ag_2 O layer detected by terahertz time-domain spectroscopy

This paper reports a new way to detect the enhanced transmission of a THz electromagnetic wave through an Ag/Ag2O layer by THz-TDS （time-domain spectroscopy）. As the THz beam illuminates the sub-wavelength Ag particles gained by Ag2O thermal decomposition, the evanescent wave is generated. The evanescent wave is coupled by a 500μm-GaAs substrate, which attaches behind the Ag/Ag2O layer, and then it transmits to the far field to be detected. The experimental results indicate that the transmitting amplitude is enhanced, as well as the frequent shifting and spectra broadening.

太赫兹光谱技术用于干旱胁迫下大豆冠层含水量检测研究

近年来水资源短缺问题日益严重,部分地区由于农业灌溉用水不足导致庄稼减产农民利益受损。大豆是一种需水量较大的农作物,一旦水分亏缺将直接影响大豆植株的形态和生长发育,从而造成大豆品质降低和产量减少。大豆叶片的水分状况可真实地反映植株水分受土壤水分亏缺的影响程度,因此,大豆冠层叶片水分含量的快速获取成为一种需要。太赫兹辐射在水中的强烈衰减使其成为一种非常灵敏的非接触式探针,可以快速、无损地检测叶片含水量。因此基于太赫兹光谱这一新技术进行大豆冠层叶片含水量的检测研究,用于实时监测田间大豆的健康状况。实验选用中黄13号大豆进行栽培,为尽可能模拟田间不同程度的干旱胁迫状况,将开花期大豆进行5个不同梯度:正常供水、轻度干旱胁迫、中度干旱胁迫、重度干旱胁迫、严重干旱胁迫(分别占田间最大持水量的80%,65%,50%,35%,20%)的水分灌溉,每个梯度设置3个重复。利用人工称重法与便携式土壤水分速测仪结合将土壤含水量调控到各水分梯度要求。然后,将实验大豆植株运回实验室并利用透射式太赫兹时域光谱仪进行样本扫描,每个梯度采集18片冠层叶片,共90个样本,以2∶1的比例分为校正集和预测集。在获取各样本时域光谱数据后,根据Dorney和Duvillaret提出的模型进行了光学参数的提取,得到各样本的吸收系数谱以及折射率谱。定性分析了太赫兹时域光谱、吸收系数、折射率随水分胁迫程度不同的变化情况。实验发现:随着水分胁迫程度的降低,时域光谱的峰值呈不断衰减趋势,且均低于空白参考峰值,同时有明显的时间延迟。吸收系数值随干旱胁迫程度的加剧逐渐降低;折射率值同样随干旱胁迫程度的加剧逐渐降低。并利用偏最小二乘(PLS)和多元线性回归(MLR)方法定量研究了时域光谱、吸收系数、折射率光谱数据与叶片含水率的相关关系。结果表明,太赫兹波对大豆叶片水分差异十分敏感,基于时域光谱最大值和最小值的MLR预测精度最高,预测集相关性(rp)达-0.939 3,均方根误差(RMSEP)为0.049 5。研究表明太赫兹光谱技术应用于大豆冠层叶片含水量观测具有良好的可行性,为开展大豆冠层含水量信息快速获取,实现科学节水管理与灌溉决策提供了新的检测手段和实验依据。

基于太赫兹光谱技术的D-无水葡萄糖定性定量分析研究

葡萄糖是生命活动中重要的有机分子,研究葡萄糖在太赫兹波段的吸收特性并开展定性定量分析研究具有重要意义。太赫兹光谱对大分子物质具有特异性,当光谱穿透生物大分子时,由于分子间作用力和分子转动振动等因素影响,会产生太赫兹光谱下的特征指纹峰,不同大分子物质的指纹峰具有特异性,利用这一特征可以对不同大分子物质进行鉴别。本研究选取D-无水葡萄糖为研究对象,首先运用太赫兹时域光谱技术测量得到葡萄糖样品的时域光谱,测得的时域光谱经过傅里叶变换得到频域光谱,再采用Dorney和Duvillaret方法计算得到吸收系数,研究样品的吸收特性,然后开展了数学建模研究并建立了D-无水葡萄糖含量与太赫兹光谱的定量预测数学模型。研究结果表明,D-无水葡萄糖在太赫兹波段呈现明显的吸收特性,比较多元线性回归与偏最小二乘方法建立的回归模型,通过多元线性回归对样品的特征指纹峰建立的回归模型,得到的预测模型精度较高,稳定性较好,模型的校正集相关系数达0.977 2,均方根误差为0.061 6,预测集相关系数为0.992 7,预测均方根误差为0.055 2,从而太赫兹时域光谱技术可用于有效开展D-无水葡萄糖定性定量研究,该研究为运用太赫兹光谱技术手段开展果蔬、食品、药品中葡萄糖含量快速检测提供方法参考。

呋喃妥因的太赫兹光谱分析

利用太赫兹时域光谱技术测量了硝基呋喃类药物中呋喃妥因原药在0.2～1.8THz范围内的吸收系数、折射率等光学指纹特性,结果表明呋喃妥因在该频率范围内出现了多个强度不同的特征吸收峰,吸收系数光谱可用于鉴定呋喃妥因。借助Gaussian软件利用密度泛函理论对呋喃妥因分子在0.2～1.8THz范围内的吸收系数光谱进行了模拟,并对吸收系数实验光谱中部分吸收峰的振动模式进行了分析和指认。结果表明实验谱中1.25和1.60THz处的吸收峰与理论谱中1.30和1.67THz处吸收峰一致,是由呋喃妥因分子内的振动模式引起的。

基于小波变换的爆炸物太赫兹光谱降噪分析

采用太赫兹时域光谱技术(terahertz time-domain spectroscopy,THz-TDS)对钝感RDX(黑索金)和HMX(奥克托金)炸药在0～2.5 THz频段的太赫兹吸收光谱进行了探测。得到了待测样品的太赫兹吸收光谱,确定了其特征吸收峰的位置,与其他研究机构所测吸收谱进行了对比分析。结果表明,利用太赫兹时域光谱技术在空气环境下测量样品时,样品的太赫兹光谱会因空气中水蒸气的影响而出现振荡现象。并通过小波变换对空气环境中测试的数据进行了处理,消除了太赫兹光谱中水蒸气吸收造成的影响,表明了该方法的可行性。

食品添加剂特丁基对苯二酚的太赫兹光谱及其检测分析

太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术对物质进行无损检测是太赫兹应用领域的一个研究热点。针对近日报道检查出部分麦当劳的＂麦乐鸡＂添加剂中含有的一种化学成分——特丁基对苯二酚（TBHQ）含量超标,应用太赫兹无损检测技术对其作定性识别。测得该种化学成分在0.2~2.2 THz的吸收谱和折射率曲线,并将其以不同比例与面粉均匀混合,测得混和物和面粉在0.2-2.2 THz的吸收谱。同时对TBHQ进行理论模拟作为对比。结果表明,通过太赫兹波段吸收曲线的特征差异检测TBHQ是可行的,为无损食品添加剂的检测提供一种新型的方法。

间甲基苯甲酸的THz时域光谱

利用THz时域光谱技术测量了间甲基苯甲酸在0.2～1.8 THz频率范围内的振动光谱,结合密度泛函理论计算的振动光谱,对观测到的强振动吸收峰进行了指认.比较不同的芳香化合物的振动光谱,间甲基苯甲酸分子的特征振动峰与其他芳香化合物的振动特征峰在0.2～1.8 THz频率范围内明显不同.

基于太赫兹技术的植物叶片水分检测初步研究

叶片含水量是植物健康状况的重要衡量指标之一。太赫兹波处于红外和微波之间,对样品水分变化非常敏感,当太赫兹光谱穿透含水丰富的叶片时,叶片中水分等物质能对太赫兹光谱产生强烈的吸收,根据叶片不同位置处水分含量的不同,能利用太赫兹光谱技术对植物叶片进行成像。本研究利用太赫兹技术检测植物叶片的水分含量,初步探讨植物叶片中水分和太赫兹成像的相关关系。实验采集离体绿萝叶片,每隔一定时间通过太赫兹光谱仪对叶片逐点扫描,获取叶片每一点的太赫兹时域光谱数据,经过傅里叶变换得到对应频域光谱,提取时域幅值的光谱参数以及特定频域光谱,对植物叶片图像进行重构,获取植物叶片的二维图像。结果表明,不同频率下,绿萝离体叶片的太赫兹二维图像呈现明显差异,叶肉与叶脉中水分含量不同,对太赫兹波的吸收也不同,根据图像,能清晰显示植物叶片叶肉与叶脉部位的水分含量差异。通过叶片时域幅值的平均值、叶片频域平均值与叶片水分含量建立相应的回归模型,时域最小幅值光谱与水分含量建立的最佳模型预测相关性达0.989 1,预测均方根误差为0.024 4g。研究表明太赫兹技术用于植物叶片的水分含量检测具有较好的研究潜力。

鞣花酸的太赫兹光谱研究

鞣花酸是一种存在于多种植物中的天然多酚组分,在抑制癌细胞增长和诱导癌细胞凋亡方面有很好的效果,同时也具有抗氧化和抗辐射等作用,在抗癌药品及保健药品中占有重要地位。太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)是一种新型的时间分辨相干探测技术,利用太赫兹时域光谱技术研究了鞣花酸在0.2～2.4 THz波段的光谱特性,得到了鞣花酸的吸收谱和折射率谱,并利用密度泛函理论(DFT)进行了模拟计算。研究发现,鞣花酸在该波段有光谱响应,分别在0.44 THz、0.73 THz、0.99THz、1.26 THz、1.58 THz、1.87 THz和2.19THz频率处出现了反常色散现象和吸收峰。

太赫兹时域光谱在邮件隐匿危险品检测中的应用

随着电子商务的快速发展,邮件数量剧增,在邮件中隐匿危险品已经成为犯罪分子重要的犯罪手段,威胁公共安全和社会稳定。邮件的安全检查变得尤为重要,而常规的检测技术不能准确识别危险品。太赫兹波是介于红外和微波之间的电磁波,邮件中隐匿的爆炸物、毒品和有害生物因子等在太赫兹波段存在特征吸收光谱,而邮件常用的非极性包装材料可以被太赫兹波穿透。太赫兹波还具有低能性、相干性等特性,这些特性使得太赫兹技术可以实现邮件隐匿危险品高灵敏度的无损检测。文章介绍了太赫兹技术的特性,太赫兹时域光谱系统的组成和获取光学常数的菲涅尔公式解析法。该方法通过样品透射或反射信号和参考信号来获取包括吸收光谱在内的材料参数。将样品的太赫兹特征吸收光谱和已建立的各种危险品的光谱特征数据库进行比对,可以判断是否为危险品以及危险品种类。对爆炸物、毒品在太赫兹波段的特征吸收光谱的研究成果,及在各种非极性材料遮挡下吸收光谱的特异性的研究进展进行了总结。获取吸收光谱的解析法适用于较厚样品,针对薄样品,还介绍了一种P-谱法。该方法不需要参考信号就能准确获取覆盖物下样品的吸收光谱。除直接利用吸收光谱做检测外,近些年还提出了很多其他识别危险品的方法,如光谱动力学分析法,化学计量学方法和基于太赫兹时域光谱的成像分析法等。其中,光谱动力学分析法可以很好的区分吸收频率有重叠的物质;化学计量学方法可以对混合物进行成分的定性和定量分析;光谱成像法可以完成较大面积的隐匿危险品识别。分析了太赫兹时域光谱技术识别有害生物因子的可行性,以及针对有害生物因子携带量小的特点,总结了太赫兹时域光谱技术在提高生物因子检测灵敏度方面的研究进展。探讨了太赫兹技术在邮件安检应用中一些有待解决的问题,如太赫兹功率有限、受环境因素影响较大、缺乏统一的标准等,展望了未来的发展趋势。

氨基酸太赫兹光谱中的散射基线拟合

利用太赫兹时域光谱系统测试固体样品,获取该样品的太赫兹吸收谱后对其进行定量及定性分析是太赫兹应用的一个重要方面.目前太赫兹吸收谱已成功用于被测样品的定性分析.在传统定量分析中,样品颗粒会引起太赫兹波散射,进而形成吸收谱“基线”,该基线会导致基于传统吸收谱的定量分析误差较大,因此提高基于吸收谱的定量分析精度必须降低或消除吸收谱中的散射效应.将样品颗粒粒度、折射率以及致密度等影响样品散射的因素量化成太赫兹吸收谱的“基线”,提出一种基于数据及粒度因素的散射基线拟合方法.该法可在样片参数部分未知的情况下,通过样品本征吸收与散射吸收与频率的不同依赖关系,将吸收谱中本征吸收峰从散射吸收背景中提取分离,最终形成表征物质结构特性的本征吸收谱.研究表明:该方法拟合的基线斜率与样片粒度大小成正比,能够部分消除粒度因素对太赫收谱和折射率谱兹吸收谱中散射损耗的影响.

和田玉的太赫兹光谱研究

用太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术研究材料的光学性质是太赫兹应用领域的一个研究热点,国内已经在毒品,爆炸物的无损检测,有机物大分子的识别方面取得了大量成果。文章结合THz-TDS技术的特点及其在物质成分识别方面的应用,测得三种和田玉（羊脂白玉,青花玉,青玉）在0.2~2.6 THz的吸收系数和折射率曲线,不同种类的和田玉吸收系数差别很大,折射率在0.2~2.6 THz波段为2.4~2.7。实验结果初步说明,通过太赫兹波段的吸收谱和折射率的特征差异与种类之间的关系判断和田玉的种类是可行的,为无损和田玉种类鉴别提供一种新型的方法。

二硝基苯甲酸同分异构体的太赫兹与红外光谱特性（英文）

利用太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)分别研究了2,4-,2,5-,3,4-,3,5-二硝基苯甲酸的吸收谱.实验结果表明,4种同分异构体的吸收光谱在红外波段(1 400~1 800 cm-1)表现出相似性,而在太赫兹波段(0.3~2.2 THz)却存在非常明显的区别.利用密度泛函理论(DFT)对4种物质的吸收频谱进行计算,并根据计算结果对吸收光谱的相似性和差异性进行解释.太赫兹时域光谱技术为鉴别物质的同分异构体提供了一种可行的手段.

火山岩的反射式太赫兹光谱成像实验研究

通过反射式太赫兹光谱成像系统获得火山岩表面的太赫兹时域光谱.提取火山岩不同位置扫描点的太赫兹时域光谱峰值,并与扫描点的位置坐标进行一一对应,得到反射式光谱投影图像.实验结果表明:在火山岩的孔隙处太赫兹波发生散射及衍射效应,孔隙处比其他处有更多损耗,太赫兹反射波的强度相差较为明显,因此可以利用反射式太赫兹光谱成像技术表征火山岩的孔隙形状和分布.

(Pb,La)TiO_3铁电薄膜的太赫兹时域光谱实验研究

利用THz时域光谱技术（THz-TDS）探测了制作在SiO2／Si衬底上的（Pb，La）TiO3铁电薄膜的频谱响应，获得了三种不同烧结温度的掺镧钛酸铅（PLT）薄膜的THz频谱。根据实验数据计算得到了PLT薄膜在0．2～3THz频段内的吸收系数、折射率和复介电常数，并对比了三种不同烧结温度的PLT薄膜的实验计算结果。实验结果表明，三种PLT薄膜在所测频段内均有较强吸收，且都在1．5THz处有一个明显的吸收峰，在2．25THz处有一个相对较弱的吸收峰。

表面粗糙度对太赫兹反射测量的影响

材料表面粗糙度会影响太赫兹无损检测结果。当材料表面粗糙度在微波区可以忽略不计时,在波长更短的太赫兹频段则需要考虑在内。研究讨论了在太赫兹频率下粗糙表面散射对反射谱的影响。通过考虑单个样品的反射模型,利用基尔霍夫近似可以将粗糙表面的反射信号与光滑表面的反射信号进行关联。此外,采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统对不同粗糙度的葡萄糖片进行了测量,并对其反射光谱进行了分析。反射光谱结果表明,由于表面粗糙度引起的漫散射减弱了接收端反射光谱的强度。为了减小粗糙度对光谱的影响,提出了一种能恢复光谱功率的补偿方法。在0.5 THz和1 THz时,具有360目粗糙度规格样品的功率谱分别增加了约3 dB和9 dB。因此,可以认为所提出的粗糙表面光谱补偿方法在未来太赫兹无损检测技术的发展中具有一个特定的参考价值。

倾斜角对片状样品太赫兹光谱的影响

建立了太赫兹波通过楔形样品的传递函数模型并进行理论模拟,利用3D打印机制造不同倾斜角度的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)楔形样品进行实验分析,探究了楔形样品对太赫兹时域光谱的影响,得到表面倾角对太赫兹波透过率振幅和相位的影响规律,对楔形样品的光学参量计算模型进行修正.计算结果表明:相位及各光学参量的实验结果与理论值相符.

同型半胱氨酸的太赫兹特征吸收光谱分析

对同型半胱氨酸的太赫兹特征吸收光谱进行分析。首先使用密度泛函理论分析同型半胱氨酸分子的振动和转动模式,确保其理论吸收峰位于太赫兹光谱系统可测试范围内;然后,基于太赫兹时域光谱系统测量不同浓度同型半胱氨酸的特征吸收光谱,结合线性拟合方程精确反推出待测同型半胱氨酸的浓度。这些结果对于临床医学中同型半胱氨酸相关疾病的快速准确诊断具有重要意义。

大鼠脑组织缺血的太赫兹时域光谱研究

目的探讨不同缺血程度脑组织在0．1～2．0THz波段的时域光谱特征。方法采用线栓法制备大鼠大脑中动脉闭塞模型，利用透射式太赫兹时域光谱（THz—TDS）测量缺血3、6、12、24h脑组织的太赫兹时域光谱，分析吸收系数曲线中出现的峰-谷吸收系数差值（PVD）。结果不同程度缺血脑组织太赫兹波吸收系数曲线与正常脑组织存在明显差异；在1．4、1．5、1．6、1．7、1．8、1．9THz频率处PVD值的减少程度与脑组织缺血严重程度正相关（P〈0．05）；太赫兹所检测的缺血区域细胞密度明显降低，脑含水量明显升高。结论太赫兹时域光谱可于缺血早期（3h内）检测出脑组织缺血，具有较好的应用前景。

2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪的太赫兹光谱特性

2,6-二氨基-3, 5-二硝基吡嗪(ANPZ)是一种重要的吡嗪类高能钝感炸药。为了深入理解ANPZ的晶体结构特性,本文采用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)研究了ANPZ在24~150℃温度范围内的太赫兹光谱随温度的演变特性,并结合固态密度泛函理论(DFT)对ANPZ在太赫兹频段的振动特性进行了计算和解析。结果表明:ANPZ在0.3~2.1 THz范围内具有明显的吸收,其振动模式起源于硝基与相邻原子的分子间作用力,这对于ANPZ的结构理解及新型衍生物的设计具有积极意义;在1.14 THz和1.92 THz两处的吸收随着温度升高表现出不同程度的演化特征,这说明ANPZ的两个硝基与周围原子存在的分子间作用力对热刺激具有不同的响应特性,这有助于理解ANPZ高温加载乃至最终燃烧/爆炸的物理机制。