介电谱技术是一种利用宏观介电参数分析微观结构变化的技术。相比于微波频段,太赫兹介电谱含有丰富的指纹谱信息,能反映物质内部多种运动模式。在太赫兹频段研究了天然橡胶制品热氧老化后的介电谱,进而分析了分子结构的变化。研究结果表明,经过不同老化时间后,样本的太赫兹介电常数的实部和虚部均具有明确的变化规律,且与材料在老化中的微观结构变化相对应。对测试得到的太赫兹介电谱数据进行拟合,获得了相应的零频介电常数、光频介电常数和介电强度,从分子整体结构的角度分析了橡胶老化过程中材料的极性结构和分子间的网络化结构与分子链分解和交联的关系。研究结论表明,太赫兹介电谱在材料老化无损检测方面具有潜在的应用价值。

采用太赫兹时域光谱系统测试黄芩苷混合物的光谱,发现黄芩苷混合物在0.3~1.5 THz波段具有明显的吸收特征;采用二维相关光谱(2DCOS)算法进行分析后发现,混合物光谱对外扰变量(黄芩苷的浓度)变化敏感。在光谱分析的基础上分别建立了基于支持向量机(SVM)和偏最小二乘法(PLS)的定量分析模型,采用Kenard-Stone(KS)法选择模型的校准集和验证集,引入相关系数和均方根误差评价建模效果。结果表明:基于支持向量机和偏最小二乘法的定量分析模型的预测数据与实际数据均表现出良好的相关性,并且均方根误差较小,能够实现对黄芩苷的定量检测;SVM模型的预测结果优于PLS模型。研究结果为药物质量检测提供了一种新方法,对药物的质量检测具有重要意义。

天然橡胶制品的老化是其使用中普遍存在的现象, 老化的本质是材料本身存在缺陷而容易被外部因素影响。介电谱是表征电介质对电磁波频率或温度的依赖关系, 是微观极化的一种宏观体现。参照橡胶热空气老化标准GB/T3512-2014, 对天然硫化橡胶在100 ℃实验箱中进行了1 000余小时热氧实验, 研究样品的太赫兹介电谱随老化时间的变化关系。通过跟踪测试, 获取了橡胶每24 h在0.2~1.2 THz的复介电常数和损耗角正切值有效数据, 根据复介电常数数值可以推导橡胶的极化特点和统计性的微观运动类型, 进而分析用太赫兹介电谱表征的天然硫化胶热氧老化过程中分子结构变化和相互的对应关系。由于材料老化的相通性, 该结果对研究其他高分子材料的老化也能起到积极的意义。

以聚苯硫醚（PPS）、 聚醚酰亚胺（PEI）及其玻璃纤维增强材料（PPS-GF30， PEI-GF30）为样品， 获得了在太赫兹频段的光谱特性。 首先， 利用太赫兹时域光谱系统， 在透射模式下， 测试了四种材料在自由空间的时域信号。 然后， 根据提取光学参数的物理模型及菲涅尔透射公式计算材料的折射率及消光系数， 同时对物理模型和菲涅耳公式解析法仿真， 保障了实验测试和算法的合理性与可靠性。 最后， 依据误差传输理论计算了由主要因素决定的光学参数误差。 在样品各自的太赫兹有效频段， 实验显示： PPS： n=1889~1945（误差0003~0012）， κ=0001~0047、 （误差0000 1~0002 6）， PPS-GF30： n=1654~1672（误差0003~0004）， κ=0002~0057（误差0000 1~0002 8）， PEI： n=1713~1733（误差0002~0012）， κ=0005~0035（误差0000 1~0003 0）， PEI-GF30： n=1688~1732（误差0003~0004）， κ=0036~0068（误差0000 2~0002 6）。 结果表明： 作为太赫兹超材料器件的基底， PPS适合低频， PEI适合高频， 玻璃纤维增强的PPS， PEI相比纯样品， 不仅力学性能得到改善， 并有利于信号探测， 而且在有效频段的高频部分， 探测灵敏度更强。 研究提供了PPS， PEI及其玻璃纤维增强材料在太赫兹频段的基础参数， 为太赫兹领域超材料器件的研究提供了重要参考。

基于太赫兹时域光谱技术，提出应用太赫兹脉冲成像技术检测胶接结构中的脱粘缺陷，研究泡沫材料PMI 与钢板胶接结构脱粘缺陷的检测。实验采用反射模式，分别对粘合部分与脱粘部分进行数据测试，对比分析发现数据在时域和频域范围均有明显区别。对待测样品进行二维扫描，应用太赫兹时域信号的时间位置幅值、最大值、延迟时间和频域信号不同频点的幅值、所有频点幅值叠加值对待测样品进行成像。研究结果表明基于太赫兹时域光谱技术的太赫兹脉冲成像技术能够检测出泡沫材料PMI 与钢板胶接结构的脱粘缺陷；应用太赫兹时域信号的时间位置幅值、最大值、延迟时间和频域信号不同频点的幅值、所有频点幅值叠加值进行成像的结果，均可以分辨出样品的脱粘缺陷；不同的数据信息的成像效果不同。

石墨烯特殊的零带隙能带结构和载流子弛豫特性，在研究太赫兹辐射源相干放大领域引起广泛关注。考虑带内和带间跃迁对电导率的贡献，研究了光抽运单层和多层石墨烯中非平衡二维电子空穴系统的动态电导率特性。结果表明，在足够强的光抽运下，石墨烯中的粒子数反转能够使得动态电导率的实部在太赫兹频段内出现负值，这使基于石墨烯的太赫兹放大或受激辐射源成为可能。同时，通过研究动量弛豫时间、温度、层数、光强对石墨烯的负动态电导率的影响表明，石墨烯多层结构的动态电导率最小值的绝对值更大，作为太赫兹激光器的激活介质更具优势。