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 621000
2 西南科技大学四川天府新区创新研究院，四川 成都 610299
提出一种顶层图案为圆环加双开口谐振环结构的吸收器，并通过神经网络实现太赫兹超材料吸收器结构参数的逆向设计。该神经网络由输入层、输出层和5层隐藏层构成，输入为所需吸收率和品质因子，根据电磁共振理论将3个结构参数设定为输出。仿真结果表明，该吸收器在1.192 THz频率处的吸收率可达99.99%，在1.22 THz频率处品质因子可达31.7，其吸收性能与目标性能的误差最小为0.9%。所提方法显著简化了吸收器的设计过程，为太赫兹超材料的快速发展提供可能。
材料 太赫兹超材料 吸收器 逆向设计 神经网络 光学学报
2023, 43(13): 1316001
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
1 桂林航天工业学院机械工程学院, 广西 桂林 541004
2 西南科技大学信息工程学院, 四川 绵阳 621010
对偶极子天线加载方形开口谐振环所构成的太赫兹微结构光电导天线性能展开分析研究。在偶极子天线的基础模型上,基于耦合波理论描述微结构共振模式在入射光和微结构相互作用下振幅的动力学过程;通过调整结构参数模拟分析太赫兹波与结构间的局域耦合特性关系,仿真对比偶极子和微结构光电导天线参数与太赫兹辐射时域脉冲波形和频谱特性关系,以及偶极子天线与微结构天线辐射方向的仿真结果。研究结果表明,随着天线结构参数,如极间间隙的增大,结构间的耦合系数逐步增大,耦合强度逐渐增加,产生的局域电磁共振模式使共振频率处的电磁能量得到极大增强。调整长度、宽度和极间间隙获得最佳结构参数,使最大辐射强度提高了340%,共振峰值逐步发生频移,频率移动范围为0.2~0.8 THz。
物理光学 太赫兹 光电导天线 时域耦合波模型 辐射性能 方形开口谐振环 中国激光
2021, 48(16): 1614001
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
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
1 西南科技大学信息工程学院, 四川 绵阳 621010
2 西南科技大学国防科技学院, 四川 绵阳 621010
3 中国工程物理研究院化学材料研究所, 四川 绵阳 621010
分别利用高效液相色谱法和太赫兹时域光谱技术对甲硝唑分析纯和口服甲硝唑溶液进行检测。以密度泛函理论的多种交换-关联函数模型为基础,计算甲硝唑在太赫兹波段的分子振动频率,并对甲硝唑的特征吸收峰进行了指认。实验结果显示:太赫兹光谱检测结果与高效液相色谱的实验结果具有良好的一致性,太赫兹时域光谱技术可以对药物残留进行快速检测。太赫兹时域光谱实验得到的甲硝唑特征吸收峰的位置与计算所得的理论值极为接近,这表明在系统可测范围内存在甲硝唑分子的振动频率,并且特征吸收频率的形成机制与分子基团的振动模式密切相关。这一研究对抗生素药品残留的快速检测以及化合物有效成分的鉴别具有重要的参考价值。
光谱学 太赫兹时域光谱 甲硝唑 高效液相色谱法 吸收光谱 密度泛函理论 激光与光电子学进展
2020, 57(17): 173001
