1 西南科技大学信息工程学院，四川 绵阳 621010
2 西南科大四川天府新区创新研究院，四川 成都 610299
3 中国工程物理研究院化工材料研究所，四川 绵阳 621900
太赫兹光谱可表征晶体分子间弱相互作用，太赫兹光谱的非谐性机理为晶体宏观性质认知提供了微观基础。以2，6-二氨基-3，5-二硝基吡嗪（ANPZ）为对象，研究了温度作用下太赫兹光谱非谐性机理。通过光谱测量，获得ANPZ不同吸收峰的温度诱导非谐特性。通过密度泛函理论，对吸收的振动特性进行指认。对振动特性的分解结果表明：特定分子间氢键的软化是太赫兹光谱强非谐性的原因。进一步，基于声子和准简谐近似计算了ANPZ原子随温度的位移特性，并对上述分析结论进行了验证。研究表明：太赫兹光谱技术结合相关方法，可以深入分析温度作用下晶体内分子间氢键的响应规律，可为晶体宏观性质的认识提供科学分析手段。
光谱学 非谐性 模态分解 分子间氢键 温度 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0530001
1 西南科技大学信息工程学院，四川 绵阳 621010
2 甘肃银光化学工业集团有限公司理化检测中心，甘肃 白银 310027
3 西南科技大学四川天府新区创新研究院，四川 成都 610299
本文以炸药奥克托今（HMX）为例，开展了基于太赫兹光谱的固体粉末含水率检测方法的研究。首先，设计了适用于含水试样的预处理模具，避免预处理和测量过程中HMX粉末水分流失。其次，采用太赫兹时域光谱系统测量了HMX脱水过程的太赫兹光谱，获得了不同含水率HMX的太赫兹折射率和吸收系数。最后，研究了基于支持向量机回归（SVR）的含水率分析方法。提出了融合试样质量和太赫兹折射率的建模方法，解决了基于折射率或吸收系数的回归模型泛化性差的问题。在此基础上，采用遗传算法（GA）和粒子群算法（PSO）对SVR建模过程的正则化参数和核函数进行寻优。结果表明，基于PSO-SVR的模型最优，建模决定系数（R2）为0.996，均方根误差（RMSE）为0.009%，外部验证R2为0.991，RMSE为0.015%。
太赫兹光谱技术 固体粉末含水率 数据融合 定量分析 光学学报
2023, 43(23): 2330003
1 西南科技大学 信息工程学院，四川 绵阳 621010
2 中国工程物理研究院化工材料研究所，四川 绵阳 621900
3 西安近代化学研究所，陕西 西安 710065
2,4,6,8,10,12-六硝基-2,4,6,8,10,12-六氮杂异伍兹烷（HNIW, CL-20）是一种具有笼形结构的高能化合物，在**及民用领域具有广阔的应用前景。为了深入理解CL-20晶体相变物理机制，采用太赫兹时域光谱技术（THz-TDS）对23.0~179.8 ℃升温范围内的吸收光谱进行了研究。热作用下太赫兹光谱的显著变化表明136.8 ℃时CL-20开始发生不可逆相变，结合固态密度泛函理论（DFT）计算鉴别该转变为ε→γ相变。并且，对CL-20低频振动特性的分析表明，分子笼型骨架的振动模态在相变中发生了显著改变，分子间广泛的范德华相互作用是其重要来源。此外，骨架外硝基基团的旋转振动演变与分子的氢键作用密切相关。该研究为进一步理解CL-20在高温加载下发生相变乃至爆轰/爆燃过程中的复杂物理机制提供了参考，对新型CL-20基优质炸药的设计和合成具有重要意义。
太赫兹时域光谱技术 CL-20 密度泛函理论 相变 热加载 terahertz time-domain spectroscopy CL-20 density functional theory phase transition thermo stimulus 红外与激光工程
2022, 51(12): 20220137
1 西南科技大学信息工程学院, 四川 绵阳 621000
2 西安近代化学研究所, 陕西 西安 710065
3 特殊环境机器人技术四川省重点实验室, 四川 绵阳 621000
为了降低检测溶液样本时水对太赫兹的强烈吸收并提高传感器的灵敏度,提出了两种超材料吸收器集成微流控的双带太赫兹传感器。两种传感器的单元谐振结构均由金属环和双“I”型交叉结构组成,在0.2~1.4 THz频段内可产生两个完美吸收峰,折射率灵敏度可达300 GHz/RIU。实验结果表明,设计的两种双带太赫兹传感器具有偏振不敏感性和宽入射角不敏感性,在-4%~4%的制造公差范围内能保持良好的传感性能,在生物医学领域具有潜在的应用价值。
传感器 太赫兹 超材料吸收器 微流控 光学学报
2021, 41(23): 2328001
1 西南科技大学信息工程学院, 四川 绵阳 621010
2 特殊环境机器人技术四川省重点实验室, 四川 绵阳 621010
3 西南科技大学中国工程物理研究院激光聚变研究中心极端条件物质特性联合实验室, 四川 绵阳 621010
设计了一种基于不规则U型结构的高灵敏度太赫兹微流传感器,通过仿真软件研究了传感器金属结构中金属线的长度、宽度与夹角对品质因数与吸收率的影响,以及微流通道高度与盖层厚度对传感器性能的影响,最后仿真计算了传感器对不同质量分数葡萄糖溶液的检测性能。结果表明:传感器的最佳结构参数为L1=84 μm、L2=82 μm、L3=52 μm、W=5 μm、θ=60°,相应的传感器品质因数可达24,灵敏度可达313 GHz/RIU。这种具有高品质因数与高灵敏度的超材料传感器在无标记微量物质检测方面具有较高的应用价值。
传感器 太赫兹 高灵敏度 品质因数 光学学报
2021, 41(19): 1928003
西南科技大学 信息工程学院，四川 绵阳 621010
为解决固体粉末类物质太赫兹折射率和吸收系数提取不准确的问题，采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术以聚乙烯(PE)与聚四氟乙烯(PTFE)为研究对象，分析一元和二元混合粉中孔隙率对光学参数提取的影响；以有效介质理论为基础，提出基于Landau-Lifshitz-Looyenga(LLL)模型的折射率和吸收系数提取方法。结果表明：经过LLL模型修正的PE和PTFE粉末的折射率与文献中报道热塑成型的PE和PTFE板一致，证实了LLL模型在固体粉末太赫兹光学参数计算应用中的有效性。研究成果可为固体粉末的太赫兹标准光谱数据库建设和物质定量识别等领域提供指导。
太赫兹时域光谱 有效介质模型 折射率 吸收系数 固体粉末 Terahertz Time Domain Spectroscopy(THz-TDS) effective medium model refractive index absorption coefficient solid powder 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(3): 370
1 西南科技大学信息工程学院，四川 绵阳 621010
2 中国工程物理研究院化工材料研究所，四川 绵阳 621900
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。
光谱学 太赫兹时域光谱技术 固态密度泛函理论 吸收光谱 高温特性 光学学报
2021, 41(14): 1430002
1 西南科技大学制造科学与工程学院, 四川 绵阳 621010
2 西南科技大学信息工程学院, 四川 绵阳 621010
3 特殊环境机器人技术四川省重点实验室, 四川 绵阳 621010
现行的高氯酸铵水分含量检测方法难以满足快速、安全的检测需求。采用太赫兹时域光谱技术检测样本的时域光谱,并提取出折射率和吸收系数。根据朗伯-比尔定理和有效介质理论,构造了基于吸收系数的含水率预测模型;根据有效介质理论和等光程,构造了基于折射率的含水率预测模型,这两种模型需要称量样本质量。此外,提出一种结合吸收系数和折射率的新型含水率预测模型,在保证测量精度的条件下,不需要称量样本的质量。实验结果表明:当同组样本的含水率(水分质量分数)在1%以下时,吸收系数和折射率与含水率之间的决定系数均大于0.995;当含水率在0.1%以下时,决定系数在0.95左右,三种预测模型的预测均方根误差均在0.05%以内。不同组样本的预测含水率与实测含水率之间存在基线偏移,这很可能是样本制备差异引起的。研究表明,所提方法为高氯酸铵和类似固体粉末中的水分含量检测提供了快速、无损、安全和高精度的检测方法。
光谱学 太赫兹时域光谱技术 高氯酸铵含水率 吸收系数 折射率 预测模型 光学学报
2021, 41(11): 1130001
Author Affiliations
Abstract
1 School of Information Engineering, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, China
2 Joint Laboratory for Extreme Conditions Matter Properties, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, China
This Letter proposes a novel method for enhancing terahertz (THz) radiation from microstructure photoconductive antennas (MSPCA). We present two types of MSPCA, which contain split-ring resonators (SRRs) and dipole photoconductive antennas (D-PCAs). The experimental results reveal that when the femtosecond laser is pumping onto the split position of the SRR, the maximum THz radiation power is enhanced by 92 times compared to pumping at the electrode edge of the D-PCA. Two phase shifts occur as the pumping laser propagates from the negative electrode to the positive electrode. Analysis shows that photoinduced carrier charges move within the split position of the SRR.
terahertz microstructure photoconductive antenna split-ring resonators Chinese Optics Letters
2020, 18(11): 113701
