1 上海理工大学太赫兹技术创新研究院，上海 200093
2 南开大学现代光学研究所，天津 300350
3 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
飞秒激光成丝辐射太赫兹波兼具宽频带和高强度特性，其物理机制研究已成为近年来的前沿课题。在此领域，本课题组发现太赫兹波沿激光等离子体光丝被限制在亚波长空间尺度内进行传输，即“太赫兹波空间强束缚效应”，并据此提出了能够全面阐述太赫兹波辐射机理的三过程模型，为统一当前主流宏观与微观理论、化解相关文献中重要结论的矛盾奠定了基础。本文以太赫兹波空间强束缚效应为中心，综述了本课题组近年来的一系列研究工作，包括实验探测技术、物理机理解释及多项创新应用等，并对未来的工作进行了展望。
中国激光
2023, 50(17): 1714010
1 上海理工大学 太赫兹技术创新研究院，上海市现代光学系统重点实验室，光学仪器与系统教育部工程中心，太赫兹光谱与影像技术协同创新中心，上海 200093
2 上海大学 理学院 物理系，上海 200444
太赫兹科学技术在光谱、成像、传感、生物医药、安全检测等方面展现出了巨大的应用潜力和价值。基于新材料和新机理，研发高效、超宽带和低成本的太赫兹光子学器件是太赫兹科学技术的重要挑战。近年来的研究表明，太赫兹光子学和超快自旋电子学深度交叉，获得了很大的关注。本文对超快太赫兹自旋光电子学所研究的物理机理和器件设计应用进行讨论。在物理机理研究方面，阐明了太赫兹脉冲为研究超快自旋电子学提供强大工具，实现了太赫兹驱动自旋波，探测自旋输运和超快磁测量。在器件设计与应用方面，介绍了基于自旋的新型太赫兹光子学器件，包括自旋太赫兹辐射源的优化方法，自旋太赫兹调制器的工作原理，自旋太赫兹探测器的设计方案。超快太赫兹自旋光电子学不仅有助于人们理解宏观自旋电子学现象背后的微观物理机制，而且有望实现高效的太赫兹光子学器件和光谱学应用。
太赫兹 自旋电子学 超快光谱 太赫兹产生和调控 Terahertz Spintronics Ultrafast spectroscopy Terahertz generation and modulation
1 河池学院 物理与机电工程学院 系统控制与信息处理重点实验室, 广西 宜州 546300
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院 太赫兹技术研究院, 上海 200093
针对太赫兹人体安检仪对数据采集的精确性、实时性和同步性的要求, 分析了采集系统的幅度非均匀误差、时钟抖动和采样触发抖动问题, 提出了主动式太赫兹人体安检仪的采集系统结构。在确定采集系统时钟抖动允许范围下, 设计了一种高精度可编程延时的时钟树网络结构, 实现了七路同源、低抖动和相位一致的采样时钟、采样触发信号和同步时钟的输出。最后, 介绍了系统测试方案和测试结果。实验结果表明, 在相同的测试条件下, 采用时钟树机制的太赫兹人体安检采集系统在-40～40MHz频段内, 采集到的I、Q信号正交性良好、波形无畸变和幅值相等, 信号频谱的二次谐波均低于-40dB, 相比传统采集系统的谐波抑制至少减少10dB, 可用于太赫兹人体安检领域。
太赫兹 人体安检 时钟树 数据采集 时钟抖动 Terahertz human security inspection clock tree data acquisition clock jitter
太赫兹光谱与影像技术协同创新中心,上海 200093
基于太赫兹波的非电离、非侵入性、高穿透性、高分辨率和光谱指纹特征,太赫兹光谱技术在生物医学领域具有巨大潜力。基于太赫兹光谱技术和不同的分析算法,不同研究小组实现了对混合物样品的定性、定量识别。然而,实际的生物混合物样品中通常包含水在内的不同成分,进而导致光谱的信噪比较差,导致最终的光谱分析结果误差较大。对于此类问题,降噪算法和重构算法是比较有效的解决办法。这些算法通过去除光谱数据中的无效信息或提取其中的有效信息来达到提高光谱信噪比的目的,最终结合分析算法实现对生物样本的高精度定性和定量识别。本文对近五年来应用于太赫兹光谱技术中的主要算法进行了归纳介绍,并总结了它们的优势和缺点。
光谱学 太赫兹光谱技术 算法 信号降噪 数据重构 定性及定量分析
上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室，上海 200093
基于渡越-切伦科夫辐射原理，单色飞秒激光脉冲聚焦到空气中形成等离子体进而辐射出径向偏振太赫兹波，径向偏振太赫兹波经过紧聚焦后在焦点处产生太赫兹波横向偏振分量。为了有效调控太赫兹横向分量的频率分布和振幅特性，首先，通过理论分析太赫兹横向场分量在外加电压下的分布规律，给出不同角度的外加电压对太赫兹横向场频率强度的影响。然后，采用对等离子体施加外部电场的方法，得到一个最佳的纵向电场角度产生高强度太赫兹横向偏振分量。对发展太赫兹波特性的基础研究以及太赫兹技术的应用具有重要的参考意义。
太赫兹波 横向偏振 外部电场 terahertz transverse polarized external electric field
在人类所了解的电磁波谱中，太赫兹波介于微波与红外光之间，其频率范围通常为0.1～10 THz，对应波长3～0.03 mm。作为非电离电磁波，太赫兹辐射处于宏观经典理论向微观量子理论的频域过渡区，兼备电子学和光子学的双重特征。近三十年来，太赫兹科学与技术蓬勃发展，无疑是一个非常活跃的研究领域。一方面，太赫兹波是重要的科学研究前沿，在信息科学、物理学、材料学、天文学、生物学、化学等基础学科研究中展现出诱人的前景；另一方面，太赫兹波已经成为涉及公共安全、****和国民经济等国家核心利益的前沿技术，在国土安全、空间探索、无线通信和经济发展等国家重大战略中有着十分重要的应用前景。可以说，太赫兹科学技术正呈现出太赫兹基础科学、太赫兹先进技术和太赫兹产业化三方面多元化快速发展的新局面，前景十分看好，令人期待。
1 上海理工大学上海市现代光学系统重点实验室，上海 200093
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
基于原子力显微镜平台设计了可见 .近红外波段的散射型近场扫描光学显微镜 ,通过理论模型计算和实验测量，分析了散射探针振动的调制振幅和扫描反馈幅值对近场信号的影响。研究表明：与探针针尖尺寸相近的调制振幅有利于抑制背景散射噪声及优化近场信号的信噪比；当探针扫描反馈幅值与自由空间调制振幅之比大于 90%时，可基本消除探针扫描过程中非简谐振动对近场成像测量的影响。
散射型近场扫描光学显微镜 原子力显微镜 振动振幅 反馈幅值 scattering-type scanning near-field optical micros atomic force microscope vibration amplitude feedback amplitude setpoint
上海理工大学上海市现代光学系统重点实验室，上海 200093
提出了一种基于多个太赫兹时域光谱系统 (THz-TDS)的物质识别方法。将来自不同 THz-TDS的光谱数据，通过小波变换去除基线及噪声等干扰信息，并用 3次样条插值将不同的采样频率映射到相同的频率上，从而得到标准化后的光谱数据。将此光谱作为支持向量机 (SVM)的特征向量，选择合适的核函数并用网格搜索法寻找最优 SVM参数，最终得到98.33%的识别准确率。该方法对于准确识别物质具有重要的参考价值。
太赫兹波谱 物质识别 支持向量机 terahertz spectroscopy substance identification support vector machine
上海理工大学太赫兹技术创新研究院, 太赫兹光谱与影像技术协同创新中心, 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
提出了两种有效混合物成分的定性与定量分析算法。针对混合物中每种成分太赫兹光谱已知的情况,提出了已知混合物成分光谱分析法,该方法具有步骤简单、样本需求量少的优点。而针对成分过多或部分成分光谱无法有效获得的情况,提出了未知混合物成分光谱分析法,该方法适用于多成分混合物,具有精度较高的优点,样本需求量多于已知混合物成分光谱分析法,但计算量相比传统算法大幅缩减。相关工作为生物医学领域中关键物质的识别和测量提供了新的思路和方法。
太赫兹技术 太赫兹光谱分析 混合物算法 定性与定量分析
