太赫茲光譜技術(shù)應(yīng)用 - 太赫茲光譜技術(shù)簡(jiǎn)單介紹及應(yīng)用詳解_太赫茲與物質(zhì)的相互作用
如圖3所示.太赫茲波段水的吸收效應(yīng)非常明顯,并且,太赫茲對(duì)水的吸收還有一個(gè)很重要的特點(diǎn),就是隨著溫度的變化,水的太赫茲吸收系數(shù)會(huì)有明顯的變化.其結(jié)果如圖4所示。
圖4溫度對(duì)水太赫茲吸收系數(shù)的影響
3、太赫茲光譜技術(shù)應(yīng)用
1)太赫茲光譜測(cè)量技術(shù)
在THz技術(shù)中.THz時(shí)域譜fTHz—TDS)是一種非常有效的測(cè)試手段。典型的THz時(shí)域譜實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要是由超快脈沖激光器、THz發(fā)射元件、THz探測(cè)和時(shí)間延遲控制系統(tǒng)組成,如圖5所示。來(lái)自超快激光器的具有飛秒脈寬的激光脈沖串列被分為兩路。一路作為抽運(yùn)光,激發(fā)THz發(fā)射元件產(chǎn)生THz電磁波。THz發(fā)射元件可以是利用光整流效應(yīng)產(chǎn)生THz輻射的非線性光學(xué)晶體.也可以是利用光電導(dǎo)機(jī)制發(fā)射THz輻射的赫茲偶極天線。另一路作為探測(cè)光與THz脈沖匯合后共線通過(guò)THz探測(cè)元件。由于THz波的周期通常遠(yuǎn)大于探測(cè)光的脈寬,因此探測(cè)光脈沖通過(guò)的是一個(gè)被THz電場(chǎng)調(diào)制的接收元件。
圖5THz時(shí)域光譜測(cè)量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖
和THz脈沖的激發(fā)方式類似,檢測(cè)技術(shù)也分為兩種:
(1)使用電光(EO)晶體作為T(mén)Hz脈沖接收元件,這里利用了晶體的Pockels效應(yīng),即THz電場(chǎng)對(duì)探測(cè)光脈沖的偏振狀態(tài)進(jìn)行調(diào)制:
(2)使用半導(dǎo)體光電導(dǎo)赫茲天線作為T(mén)Hz接收元件,利用探測(cè)光在半導(dǎo)體上產(chǎn)生的光電流與THz驅(qū)動(dòng)電場(chǎng)成正比的特性,測(cè)量THz脈沖的瞬間電場(chǎng)。延遲裝置通過(guò)改變探測(cè)光與抽運(yùn)光間的光程差,使探測(cè)光在不同的時(shí)刻對(duì)THz脈沖的電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行取樣測(cè)量。最后獲得THz脈沖電場(chǎng)強(qiáng)度的時(shí)間波形。
對(duì)THz時(shí)間波形進(jìn)行傅里葉變換,就可以得到THz脈沖的頻譜。分別測(cè)量通過(guò)試樣前后f或直接從試樣激發(fā)的)THz脈沖波形.并對(duì)其頻譜進(jìn)行分析和處理,就可獲得被測(cè)樣品介電常數(shù)、吸收系數(shù)和載流子濃度等物理信息。
在傳統(tǒng)的THz時(shí)域譜測(cè)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,加入對(duì)被測(cè)樣品的調(diào)制.就形成了THz時(shí)域差異譜技術(shù)。應(yīng)用此技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)微米乃至亞微米量級(jí)厚度的薄膜進(jìn)行介電常數(shù)的測(cè)量。THz時(shí)域光譜技術(shù)對(duì)材料的光學(xué)常數(shù)測(cè)量的精度可高于1%。由于許多大分子的振動(dòng)能級(jí)或轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間的間距正好處于THz的頻帶范圍.THz時(shí)域光譜技術(shù)在分析和研究大分子(質(zhì)量數(shù)大于100的分子)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
2)太赫茲光譜分析技術(shù)
傳統(tǒng)上,爆炸物的光譜分析技術(shù)主要是拉曼光譜分析技術(shù)。拉曼光譜技術(shù)是一種基于拉曼散射效應(yīng)的光譜分析技術(shù),可以根據(jù)分子的振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)信息來(lái)識(shí)別未知化合物。與常規(guī)化學(xué)分析技術(shù)相比,拉曼光譜技術(shù)具有無(wú)損、快速、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)。
目前,軍用炸藥主要有以下幾種類型:
(1)TNT,2,4,6一三硝基甲苯,磷狀結(jié)晶片,淡黃色,分子式C7H5N3O6,既有強(qiáng)爆炸力(每英寸225萬(wàn)鎊的爆炸力),又有高度靈活性(在185攝氏度下溶化,能澆鑄成任何形狀),有毒,在地雷等爆炸后會(huì)殘留在土壤中;
(2)DNT,2,4一二硝基甲苯,分子式C7H6N204,是軍用炸藥的主要成分,蒸汽壓力高于TNT。探測(cè)其蒸汽濃度可以發(fā)現(xiàn)隱藏的地雷或未爆炸的軍火:
(3)HMX,環(huán)四次甲基四硝胺,俗稱奧克托金,分子式C4H8N8O8,是生產(chǎn)RDX的副產(chǎn)品,由于爆炸速率極高而與TNT等混合作為形狀填料:
(4)RDX,環(huán)三次甲基三硝胺,俗稱黑索今或旋風(fēng)炸藥,分子式C3H6N6O6,通常用來(lái)與其他爆炸材料和可塑劑混合制成塑膠炸藥:
(5)HNIW(CL一20),六硝基六氮雜異伍茲烷(2,4,6,8,10,l2一六硝基;2,4,6,8,10,12一六氮雜四環(huán)十二烷),分子式C6H6N12012,是迄今為止能量水平最高的高能量密度化合物。
在實(shí)際應(yīng)用中,反射譜的應(yīng)用場(chǎng)景是主要的應(yīng)用場(chǎng)景,下列各圖分別是拉曼反射光譜和THz反射光譜的測(cè)量數(shù)據(jù)。
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( 發(fā)表人:金巧 )