利用太赫兹时域光谱成像技术检测了存在内部缺陷的高分子 3D 打印样本, 获得了太赫兹时域光谱成像图。初步结果表明, 样本中的缺陷与材料自身对太赫兹波的吸收及反射存在差异, 太赫兹光谱成像可直接表征 3D 打印材料的外部缺陷, 但对存在于样本内部的缺陷, 太赫兹光谱成像结果尚需进一步优化。进一步研究发现, 利用高斯加噪、叠加融合、最小二乘去噪等算法对内部缺陷的光谱图像进行优化, 能够得到清晰的太赫兹时域光谱图像。因此, 利用太赫兹时域光谱成像技术及优化算法, 能够实现对有机高分子 3D 打印材料内部缺陷的表征。

准确认识不同种类的岩石特征对地质构造、 结构与年代的判断至关重要。 常规光学显微手段虽然可以对岩石的颜色与表面形貌进行直接观测, 但是对岩石种类的判断往往凭靠经验, 一些颜色相近的矿物容易混淆, 所得结果并不准确。 光谱方法能够在不同频段给出样品的多个光学参数信息, 通过建立光学参数与样品自身物性的联系, 可以从多个维度确定样品的性质, 从而有望实现对不同矿物成分与含量定性、 定量评价。 太赫兹光谱具备一定的穿透能力, 能够透过一定厚度的岩石, 是研究岩石物理性质的合理手段。 基于太赫兹光谱技术, 对取自不同地区的花岗岩、 灰岩、 砂岩和油页岩样品进行测试, 分别计算得到每个样品的等效折射率n、 衰减系数a, 并以a为横坐标、 n为纵坐标作图, 结果表明, 相同岩性岩石的n与a基本呈线性相关关系, 而对于不同类型的岩石, 其n随a的线性变化趋势存在明显区别。 进而研究了岩石中的组成、 结构等信息与其太赫兹光谱响应的联系, 分析了不同岩性岩石的光谱响应机制, 结果表明: 花岗岩与灰岩的结构较为致密, 其矿物组成是影响太赫兹光谱响应的主要因素, 利用太赫兹参数能够估算岩石中铁、 镁元素的相对含量; 砂岩的成分较为单一, 太赫兹光谱响应受孔隙度的影响; 而对于油页岩来说, 由于有机质具有强吸收、 低折射率的特点, 其有机质含量越高, 折射率越低, 对太赫兹吸收越强。 结果表明, 太赫兹光谱技术有望成为岩石物理性质现有研究手段的合理补充, 为其评价、 分析提供新技术、 新指标, 有着极其光明的应用前景。

熔融沉积 (FDM)技术是目前市售 3D打印机应用最广泛的材料成型技术, 基于这一技术的 3D打印机精确度评价与打印试件的误差分析还没有十分完善的标准化方法。 FDM 3D打印常用的聚合物材料在太赫兹波段存在明显吸收。基于太赫兹时域光谱(THz-TDS), 通过缝隙注水的方式放大试件非实体部分的太赫兹响应, 使得太赫兹技术可同时监测 3D打印试件实体部分与非实体部分的打印精确度。通过分析试件的太赫兹光谱, 能够分辨与原始设计相差 0.96%的微米级误差, 补充了 3D打印误差的分析方法。

流体包裹体是研究矿物晶体演化的重要手段之一, 它能反映矿物演化最原始的信息(温度、 压力、 pH值等)。 在演化过程中, 温度压力等外界因素直接影响包裹体的数量和大小, 从而影响晶体的各种性质。 本文利用太赫兹时域光谱系统(THz-TDS), 对不同生长温度下KCl晶体内部的包裹体进行了检测, 得到了样品的时域、 频域和吸收系数曲线, 并通过显微镜观察、 计算得到了样品内部包裹体的面积, 建立了包裹体面积和吸收系数的对应关系模型。 通过对样品的吸收系数和样品内部包裹体面积的对比, 可以看出二者具有相同的变化趋势, 即晶体内部包裹体面积越大, THz吸收系数越大, 说明THz吸收系数可以反映不同生长温度的晶体内部包裹体面积的变化情况, 解析包裹体面积对太赫兹光学参数的影响, 为流体包裹体的研究提供了一种新的有效途径。 该研究创新点在于利用THz-TDS快速检测晶体内部包裹体面积的变化情况, 说明了太赫兹技术完全可以用于包裹体的研究中, 为包裹体的研究提供了一种全新的快速、 无损的检测方法。

油气水界面问题一直受到该领域研究人员的普遍关注和重视。在本文中, 采用太赫兹光谱技术研究了厚度分别为 1 mm和 0.5 mm的样品池中油气水的光谱性质并讨论了界面处的频域谱特性。结果表明, 在煤油和水构成的界面处不产生双峰响应, 但是单峰的延迟时间随着位置的移动发生规律性的变化; 在煤油和空气构成的界面处时域谱出现双峰响应, 频谱产生振荡现象, 且当太赫兹测试点中心接触油气界面时振荡现象最显著, 而后逐渐消失。样品池厚度较小时, 频谱振荡现象有所减弱。结果表明太赫兹技术可作为一项安全的测试手段, 用于石油输运过程中油气界面的表征。