时域光谱

摘要： 太赫兹波(terahertz waves)位于红外波段与微波波段之间,相比其他波段具有高透射性、低能量性、相干性、指纹光谱以及瞬态性等特点。随着太赫兹成像技术在空间通信、雷达探测、航天航空以及生物医疗等领域的广泛应用,已经表现出传统成像技术(如可见光、超声波和X射线成像)无法比拟的优势。本文首先对太赫兹时域光谱(THz-TDS)成像技术以及室温(非制冷)微测辐射热计太赫兹成像技术的发展现状进行介绍,再介绍太赫兹成像技术的典型应用,最后指出太赫兹成像技术在发展中存在的限制因素并给出合理的建议。

摘要： 设计了太赫兹时域光谱(terahertz time-domain spectroscopy,THz-TDS)快速检测系统,用于研究皮质类固醇类激素黄体酮在太赫兹波段的光学特性。在室温下获得样品在0.2~2.0 THz波段内的吸收光谱,然后采用密度泛函理论(density functional theory,DFT)对样品物质的结构和振动频率进行模拟,对分子的太赫兹特征吸收峰进行分析指认。结果表明黄体酮在此波段内存在多个特征吸收峰,试验结果与理论计算结果吻合较好,可以根据吸收峰的强度估计黄体酮的含量。黄体酮在太赫兹波段的指纹谱验证了THz-TDS技术用于皮质类固醇激素检测的可行性,为化妆品非法添加皮质类固醇激素的检测提供了新方法。

摘要： 太赫兹成像在生物医学领域的应用潜力非常大,针对这个需求,本文设计并搭建了一种利用光整流和波前倾斜技术产生强场太赫兹信号以及基于电光探测的实时太赫兹(terahertz,THz)近场光谱成像系统.该系统可以进行大视场THz成像和紧聚焦THz成像的切换使用,为实现系统集成化应用提供了方法.并且由于成像是基于传统的太赫兹时域光谱方法,可以同时获得样品图像光谱幅度和相位信息,光谱分辨率约15 GHz.利用该系统测量研究了一系列微纳加工的样品,对成像系统的性能进行了分析.结果表明,该实时太赫兹近场光谱成像系统在空间分辨率和成像速度上的优越性,在1024×512的像素下,实时成像帧率高达20 f/s(1200张/min).在大视场THz成像下,空间最优分辨率在1.5 THz达λ/4;在紧聚焦THz成像下,空间最优分辨率在0.82 THz达λ/12,这些性能使该系统在生物医学成像、生物效应等方面具有很好的应用场景.

摘要： 龋齿是一种广泛存在的慢性传染病,如果不及时采取治疗措施,可能会引发一系列口腔和人体健康问题,因此龋齿的早期筛查和治疗后的恢复跟踪诊疗非常重要.太赫兹电磁波对牙齿拥有较强的穿透性和非电离辐射,使其成为未来龋齿早筛的重要潜在手段之一.本文使用太赫兹时域光谱成像分析仪对含有龋病的牙齿切片进行了二维太赫兹脉冲透射扫描成像.实验结果表明:由于牙齿中不同组织对太赫兹脉冲的响应不同,该技术可有效对牙釉质、牙本质和牙釉质龋进行区分和检测;采用频域成像分析,也可对牙本质龋进行检测.太赫兹谱学成像技术可为龋齿早期筛查提供一种无电离辐射、非接触、高可靠性的新手段.

摘要： 光电导太赫兹源(Photo-Conductive Antenna,PCA)已广泛用于太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)。在THz-TDS系统中,处于偏置状态的PCA被飞秒激光触发因光生载流子,在偏置电场下的加速运动而向自由空间辐射太赫兹波,同时在PCA偏置回路中形成脉冲电流。通常给PCA加载偏置电压的回路有不同结构的电路设计,导致PCA装架的基板回路不可避免地存在一定电感,由此引起的电磁惯性会显著影响回路中脉冲电流的脉宽,电流脉冲的脉宽会随回路电感的增大而展宽。那么PCA回路电感是否会影响PCA向自由空间辐射THz波的特性,这是设计PCA基板电路面临的问题所在。本文尝试在PCA回路中加入不同电感值的电感元件,通过实验测试了PCA辐射THz波的时域波形和频谱,结果表明,PCA回路电感的数值对PCA辐射THz波没有明显影响,从而对不同场合应用的PCA基板结构和电路设计提供了实验基础。

摘要： 太赫兹时域光谱技术已经用于皮肤癌、皮肤烧伤以及皮肤疤痕治疗效果的诊断和过程监测,通常采用太赫兹时域和频域光谱参数作为区分皮肤组织不同状态的诊断参量.目前最常用的皮肤活体反射式太赫兹测量装置需将皮肤放置于介质窗上来提高测量的准确性,这使得皮肤表层水分含量因为阻塞而发生变化,从而影响太赫兹诊断皮肤的精确性.随着太赫兹生物应用从离体检测到活体测量方向发展,需要分析阻塞情况下皮肤太赫兹光谱参数的变化规律.采用太赫兹反射系统对手臂皮肤在石英介质窗上的阻塞过程进行了连续测量,然后对不同时刻时域波形的峰峰值、半波脉宽等13个特征量进行了分析.结果表明:时域信号和传递函数的峰峰值、最大值与最小值之间的拟合斜率等参量随阻塞时间而呈指数衰减;传递函数的最大值与最小值时间差、最大值与最小值的斜率等随阻塞时间呈指数增加;时域波形的半峰全宽、对数频谱等保持不变.然后用双德拜模型来模拟皮肤组织在0.2～1 T Hz频段的介电常数,采用遗传算法和Leven-berg-M arquardt相结合的优化算法得到了皮肤阻塞情况下不同时刻的双德拜参数,结果表明:ε∞和εs均随着时间呈指数上升,5 min内增幅分别达到了27.8％ 和12.5％;ε2、弛豫时间常数τ1和τ2基本保持不变.将皮肤组织视为多层媒质结构,基于Bruggeman有效介质模型,将计算得到的太赫兹反射率和测量得到的反射率作为目标函数,再采用上述混合优化算法得出了皮肤含水量随时间的变化规律.结果表明:随着阻塞时间的增加,皮肤角质层中的水分以指数函数的形式增加,5 min的阻塞时间即可增加23.8％.因此,在进行临床应用和研究时,必须谨慎考虑皮肤与介质窗接触阻塞而导致的参数变化.该研究有利于提高太赫兹活体检测的准确性和推动太赫兹时域光谱技术的临床应用.

摘要： 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.

摘要： 利用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术检测了对羟基苯甲酸甲酯、对羟基苯甲酸乙酯、对羟基苯甲酸丙酯和对羟基苯甲酸丁酯的时域光谱,通过傅里叶变换获得其在0.30～2.40 THz频段的频域光谱和透射光谱,进而得到这4种物质的折射率谱、吸收谱和介电函数谱.同时,检测了对羟基苯甲酸甲酯和对羟基苯甲酸乙酯以不同比例混合的样品光谱特性,为THz-TDS技术用以鉴别混合物质中的特定物质方法奠定基础,也为安全检测防腐剂提供了重要依据.

摘要： 上转换纳米粒子能够在近红外光的激发下发射可见光波段的高能光子.相对于传统荧光材料,上转换纳米粒子具有更好的组织穿透深度以及更好的生物相容性,减少了生物细胞组织自身荧光干扰,在高灵敏度的生物成像领域具有广阔的应用前景.铒(Erbium,Er)作为一种稀土金属元素,在近红外Ⅱ区(1500 nm)有很强的吸收,同时发射出红光和绿光,是一种光学性能优良的材料,通常被掺杂在上转换纳米粒子中作为发光中心.然而,Er3+掺杂的上转换纳米粒子由于表面猝灭、能量逆流等问题,限制了其发光效率和成像效果.本文对Er3+掺杂的上转换纳米粒子材料在性能优化以及生物成像应用方面的应用研究进行了总结,并对其在时域通路成像领域的最新进展进行了讨论,对其发展前景展望.

摘要： 主要对基于光电导天线的典型光纤耦合太赫兹时域光谱采样技术及典型光纤耦合太赫兹时域光谱系统进行了介绍.光电导天线是太赫兹时域脉冲信号产生和探测的关键部件,目前基于光电导天线的光纤耦合太赫兹时域光谱采样技术主要有3种,分别为等效时间采样法、异步采样法和腔长调谐光学采样法.对3种不同采样方法的技术原理进行了分析,并对基于不同采样原理的光纤耦合太赫兹时域光谱系统结构进行了介绍,给出了基于不同采样原理的光纤耦合太赫兹时域光谱系统典型产品说明和关键技术指标,说明了基于不同采样方法的系统特点.可为不同的应用需求提供技术参考,为自主搭建基于不同采样技术的光线耦合太赫兹时域光谱系统提供技术支持.

摘要： 橡胶制品具有非常复杂的结构和理化特性,多数检测技术会在一定程度上损伤橡胶,对橡胶的厚度和内部质量检测难度较大.目前,针对橡胶的厚度检测仍然采用卡尺等人工有损测量方法,也无法检测橡胶内部质量情况.本文提出一种基于反射式非接触测量方法,利用太赫兹时域光谱技术对橡胶制品进行厚度和内部质量检测.在太赫兹时域光谱反射信号中提取飞行时间差特征参数;建立太赫兹时域光谱测量模型,在反射式测量厚度相关系数的基础上,计算出橡胶的真实厚度;同时,对橡胶制品太赫兹时域光谱信息进行二维、三维可视化成像,直观地显示橡胶制品材料的结构分布.此外,太赫兹时域光谱系统对橡胶制品进行无损检测,得到橡胶的整体成像效果图和B-Scan图,定性地分析橡胶制品的表面和内部情况,进而判断橡胶的质量是否合格.实验结果表明,太赫兹时域光谱系统可以快速、有效地测量橡胶制品的厚度分布和内部质量,在无损检测领域拥有很大的应用空间和利用价值.

摘要： 差频延迟太赫兹时域光谱成像系统利用两个飞秒激光器泵浦光电导天线,产生和探测太赫兹波.其探测速度快、集成度高、系统稳定,光谱系统支持不同频率范围和透射、反射、ATR、偏振分析等不同模块;成像系统支持涂层厚度分布或断层分析等的2D/3D成像.测量研究蒸馏水样品的太赫兹波段折射率,测量结果与理论值符合.

摘要： 鉴于太赫兹辐射特有的光谱分辨性以及良好的穿透性和安全性等优点,太赫兹波谱技术迅速成为物质分析与检测的重要工具.论文研究了目前食品安全、水污染中较常见的邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异壬酯三种塑化剂的太赫兹时域光谱特性,为太赫兹时域技术进一步在食品安全方面的应用打下良好的基础.

摘要： 太赫兹时域光谱技术是近年发展的新光谱检测技术.本文通过使用该技术对猪的软骨、肌腱和表皮组织进行太赫兹透射光谱及成像分析,发现胶原组织水含量改变时,样本的太赫兹透射能量均值随之改变且呈现相关特性,从而验证太赫兹技术用于生物胶原组织含水量检测的可行性.

摘要： 具有强穿透性、安全性和波谱分辨能力的太赫兹波近年得到了较快的发展和应用,己成为物质特性分析及无损检测技术的新生力量,并被应用于国防、工业、通信、生物医学、制药、农产品及食品等领域.本文首先介绍了太赫兹时域光谱技术和成像技术的原理和特点,阐述了太赫兹技术在无损检测方面的应用.其次,介绍了新型太赫兹功能器件的物理机制及其应用.最后,总结了太赫兹波时域光谱技术和无损检测技术的现状及其发展趋势.

摘要： 葡萄糖多晶粉末的THz时域光谱(0.2～2.2THz)存在多个特征吸收峰.采用密度泛函理论计算单分子和多分子葡萄糖的振动吸收谱,结果表明,分子数越多,理论与实验结果符合得越好,说明葡萄糖多晶的特征吸收主要是由分子间氢键和晶体的声子模式等分子间的集体振动模式产生的,而分子内氢键和共价键的作用相对较弱.

摘要： 本文主要介绍了GaN/AlGaN二维电子气等离激元共振的太赫兹时域光谱透射实验和依此为原理的太赫兹调制器.光栅耦合二维电子气谐振腔器件的低温时域透射光谱结果表明:光栅栅极对二维电子气浓度的调控可以改变等离激元的共振频率,当等离激元频率等于谐振腔腔模频率时,二者发生强耦合并形成等离极化激元.通过对实验结果的分析提出利用该强耦合机制实现对太赫兹波的高效和高速调制.

摘要： 使用太赫兹时域光谱技术,通过测定的时域光谱信息,计算溶液和对应溶剂之间的太赫兹吸收系数的差异,确定表面活性剂的临界胶束浓度(CMC).不同浓度的十二烷基硫酸钠(SDS),单十二烷基九乙二醇醚(C12E9)的溶液在0.5-0.7,1.1-1.3,1.5-1.7THz频率吸收系数差的平均值具有一个明显的转折点,与已有报道相吻合.THz光谱法是可用于测定CMC值的一种灵敏准确的方法.

摘要： 太赫兹波介于微波和红外之间，既有微波和红外的优点，又能克服它们的弱点，具有频带宽、波长短、信息容量大等特点，其应用范围不断扩展，近年来国外各军事强国更是重视太赫兹技术在军事和国防上的应用发展，美国尤其在太赫兹波目标RCS缩比测量技术研究领域处于国际领先地位，开发研制了多套太赫兹波段目标电磁散射特性缩比测量系统，获取低频、微波及毫米波雷达所需的目标电磁散射特征信息。本文主要介绍国外基于微波上倍频、激光下变频、飞秒激光时域光谱三种典型太赫兹波目标RCS缩比测试系统的构成、技术特点和应用范围，并介绍本单位太赫兹目标RCS缩比测量能力、测试技术等研究情况。

摘要： 人体呼出气体分析可为包括癌症在内的多种病变提供诊断依据，是目前无损医学检测领域的研究热点。简要介绍了呼吸检测领域的研究现状，首次提出采用太赫兹光谱技术进行呼出气体成分分析，并从光谱特征、灵敏度、实时性和便携性等方面分析了其用于呼吸检测的可行性，给出了太赫兹呼吸分析系统的概念设计，利用透射式THZ-TDS实现了模拟呼吸环境中疾病标志物氨气的定量检测，其中氨气分析的相对不确定度<16％，达到国外文献报道水平。

摘要： 本发明涉及一种时域和光谱形状可控的脉冲串产生系统，其系统包括：脉冲光源、声光调制器、同步控制电路、倍频模块、波形整形器、光参量放大模块、延时模块以及和频模块，所述波形整形器用于将所述基频脉冲串整形为信号光脉冲串；所述倍频模块，用于将所述基频脉冲串进行倍频；所述延时模块，用于对倍频后的基频脉冲串进行延时；所述和频模块，用于将闲频光脉冲串和延时后的基频脉冲串进行和频，产生紫外脉冲串。本发明可以通过光参量非线性过程对注入脉冲串的形状和光谱分别进行自由调节，专利在保证紫外脉冲串产生效率的同时，提供了光谱形状和脉冲串包络形状的控制方法，实现对脉冲串光谱和包络形状的任意调节。

摘要： 本发明公开了一种基于多光谱和时域反射的土壤多元污染物识别探头及方法。聚醚醚酮绝缘棒和锥头同轴连接，镀金不锈钢探针镶嵌固定在聚醚醚酮绝缘棒外表面；聚醚醚酮绝缘棒和不锈钢探杆同轴连接，不锈钢探杆内部中空且在侧壁钻孔，钻孔处镶嵌氧化铝玻璃透镜，钻孔处的不锈钢探杆内部装有由内窥镜图像传感器、280nm波长紫外LED、325nm波长紫外LED及平面镜构成的多光谱检测模块；检测获得土壤介电常数、电导率等指标表征离子型污染物含量，325nm荧光强度、280nm荧光强度及土壤图片，表征腐殖酸、多环芳烃等污染物含量并反映土壤类别。本发明便于携带、快速获得多元污染物的含量信息，适用固体废物填埋场地等场景原位深层检测。

摘要： 本发明提供了一种基于成像光谱仪的时域OCT眼轴长度测量系统，包括：光源，用于发出原始光；光纤耦合器，用于接收原始光，并将原始光分成第一原始光和第二原始光；参考臂，其包括：第一准直器、光学延迟线装置、第一聚焦透镜和单面反射镜，第一原始光顺次经过所述第一准直器、光学延迟线装置、第一聚焦透镜，在单面反射镜反射后原路返回得到参考光，进入到光纤耦合器中；样品臂，用于接收第二原始光，并进入到人眼中，再从人眼中原路返回得到样品光，进入到光纤耦合器中；第二准直器；光谱仪，参考光和样品光在光纤耦合器中发生干涉后，通过第二准直器进入所述光谱仪。本发明能够保证眼轴测量的准确度。

摘要： 本发明涉及一种用于生物医学成像的太赫兹时域光谱探头装置及时域光谱仪，由太赫兹时域光谱仪本体激发发射光电导天线发出的太赫兹波，被发射端离轴抛物镜准直，准直后的太赫兹波被扫描抛物镜聚焦于样品表面，经透射后照亮样品，聚焦光斑经过样品反射，再次被扫描抛物镜准直，由探测抛物镜聚焦在探测光电导天线的电极上，经太赫兹时域光谱仪将太赫兹波转换为时域电信号，由工控机控制采集存储，再进一步对时域信号进行分析，扫描方式的实现是一维电动位移平台驱动扫描抛物镜做往复运动，逐点采样，通过高速采集卡，可在1秒内实现16mm线宽的扫描；解决了现有的太赫兹时域光谱成像装置最终获取样品的太赫兹光谱图像信噪比低，无法小型化，不满足手持功能的问题。

摘要： 本发明公开一种太赫兹时域光谱系统的光谱透反比标定方法，太赫兹时域光谱系统采用透反比标准器作为计量标准，透反比标准器使用高阻硅材料制作而成，利用透反比标准器对太赫兹时域光谱系统光谱透射比或光谱反射比标定，采用菲涅耳公式作为测量模型将其量值溯源至材料的折射率和吸收系数，测量误差可控制在±1%以内，该方法为太赫兹时域光谱系统的量值溯源和准确度评估提供了技术依据。

摘要： 本发明涉及太赫兹技术领域，特别是涉及一种去锁相太赫兹时域光谱系统。该系统包括光纤飞秒激光器、光纤分束器、合波器、分波器、快速扫描延迟线、延迟线控制器、发射光电导天线、接收光电导天线，该系统中的接收光电导天线产生的微弱电流信号经过电流放大器进行信号放大，不需要锁相放大器或者具有锁相功能的软件及硬件模块，直接利用延迟线的快速扫描实现多个太赫兹光谱求平均来提高信噪比，并且延迟线运动过程中的实际位置采用光学干涉的方法进行测量，减小由延迟线步进和机械振动引起的位置偏差，提高了整个系统的抗干扰性。

摘要： 一种基于太赫兹时域光谱技术来无损检测油漆中缺陷的方法，通过太赫兹时域光谱检测装置对待检测油漆涂层进行反射式成像得到检测图像；通过分析各检测区域的反射式太赫兹时域光谱确定缺陷位置；通过层析图像在三维空间中精确地确定缺陷的位置和形状。使用该方法不仅可以确定油漆涂层内部的缺陷形状和位置，还可以对样品后表面的形貌、缺陷大小、位置等信息及样品的内部结构进行表征。针对单个缺陷可以利用单频太赫兹成像观察得到太赫兹范围内的精确成像。

摘要： 本发明公开了基于反射式太赫兹时域光谱的复合材料自参考光学参数测量方法以材料前表面反射信号作为参考信号，后表面反射信号作为样品信号，分别对参考信号和样品信号进行傅里叶变换，进行滤波降噪后，获取传递函数。利用理论传递函数推导出折射率、消光系数和吸收系数的精确解，进而通过近似传递函数复折射率虚部得到折射率、消光系数和吸收系数的近似解。计算得到折射率、消光系数和吸收系数的初值，设置近似解与精确解的最小误差，将初值带入迭代算法中直到近似解与精确解达到最小误差即可输出最佳折射率、消光系数和吸收系数，可以减小由于多次实验而造成的噪声叠加。

摘要： 本发明公开了一种适应于高精度太赫兹时域光谱系统的可调制偏压源，信号反向电路用于将输入的调制信号反向，输出反向调制信号；高边信号上升延时电路用于对输入的调制信号进行延时；低边信号上升延时电路与信号反向电路连接，用于对反向调制信号进行延时；半桥驱动输出电路第2引脚和第3引脚分别与高边信号上升延时电路和低边信号上升延时电路连接，将输入的调制信号和反向调制信号作为高低边的输入信号，输出信号分别控制两个N‑MOS管的导通和截至，保证调制信号的正常输出，电压转换电路分别与信号反向电路、信号上升延时电路和半桥驱动输出电路连接，用于提供所需的电压。提升了可调制偏压源信号在电压输出强度、高速调制下占空比不准确的问题。

摘要： 本发明公开了一种基于免疫太赫兹时域光谱技术快速检测生物样品的方法、装置及应用。本发明通过联合应用特异性单克隆抗体的样本富集和太赫兹时域光谱技术，快速检测复杂环境样本、食品基质、血清(血浆)样本、体液样本、组织样本等中的细菌、病毒、支原体、生物毒素及疾病相关标志物等。该方法灵敏度高，检测时间少于30分钟，能够实现不同状态复杂环境中细菌、病毒、支原体、生物毒素以及疾病相关标志物等生物样品的快速痕量检测，同时也可用于基于血清(血浆)样本、体液样本、细胞样本、组织样本等的疾病筛查和诊断。本方法具有准确性高，灵敏度好，检测快速方便的特点。