利用 Gaussian软件, 选取密度泛函理论 (DFT)、哈特里 —福克理论 (HF)对葡萄糖、果糖的单分子在 0~3 THz波段的吸收谱进行仿真计算, 并与参考文献中的实验结果进行比对。仿真计算结果验证了利用 Gaussian软件进行单分子吸收谱计算的可行性。最后基于密度泛函理论得到的结果分析了不同位置吸收峰对应的分子内振动模式。
太赫兹吸收谱 密度泛函理论 哈特里—福克理论 葡萄糖 果糖 振动模式 terahertz absorption spectrum Density Functional Theory Hartley-Fokker theory glucose fructose vibration mode 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(9): 1073
1 首都师范大学物理系北京市太赫兹波谱与成像重点实验室，教育部太赫兹光电子重点实验室，北京 100048
2 内蒙古大学物理科学与技术学院，内蒙古 呼和浩特 010021
利用太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术，测量并分析了肠炎宁胶囊、枸橼酸铋钾胶囊、雷贝拉唑钠肠溶片和双歧杆菌三联活菌胶囊4种肠胃类药品在0.25~2.40 THz波段内的光谱特性。实验结果发现4种药品光谱并不存在关联，因此THz-TDS技术不能进行药品成分鉴别和药效归类；太赫兹波对微弱的结构变化敏感，对含有相同辅料的药品依然可以精确鉴定；对比失效药品的光谱特性存在明显差异，表现为吸收峰位的移动、新增和消失等。该实验研究为使用THz-TDS技术进行药品鉴别及药效鉴定提供参考。
太赫兹 时域光谱 肠胃药 药品检测 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2330001
1 首都师范大学物理系, 北京 100048
2 太赫兹光电子学教育部重点实验室, 北京 100048
本文设计了一种非对称金属十字单元结构, 该结构由沉积于石英基底上的两个相互垂直共面金条构成。传统的金属十字结构中常用的LC谐振和偶极子谐振的辐射损耗较大, 限制了超表面传感器实现高品质因子和高透射率, 故通过打破传统金属十字结构的对称性, 引入类Fano共振效应, 从而使得透射峰灵敏度达到了218 GHz/RIU, 传感器的品质因子达到了78.3。通过分析该超表面的电场和表面电流分布, 探究了Fano共振效应的物理机制, 并进一步研究太赫兹传感器的结构参数对透过谱的影响, 通过调整结构参数优化该传感器的传感性能。最后, 设计了具有不同共振频率的非对称金属十字太赫兹传感器以便后续用于不同种类的微量氨基酸溶液的检测。
太赫兹 超表面 高灵敏度 高品质因子 非对称结构 Fano共振 结构优化 terahertz metasurface high sensitivity high quality factor asymmetric structure Fano resonance structure optimization
1 山西大同大学物理与电子科学学院, 山西 大同 037009
2 首都师范大学物理系, 北京 100048
3 云冈研究院, 山西 大同 037007
4 北京理工大学北京市毫米波与太赫兹技术重点实验室, 北京 100081
5 太赫兹技术(大同)研究院, 山西 大同 037000
为更好地设计基于不同材料、不同制作工艺文物的最佳保护方案, 文物保护科技人员首先需要选用最有效的无损检测方法对文物进行全面检测。太赫兹波具有光子能量低、对非金属和非极性物质有较强穿透性、可同时获得脉冲电场振幅和相位信息、较好的抗干扰能力等独特性质, 使其在诸多无损检测方法中脱颖而出。本文系统综述了太赫兹技术在文物无损检测应用中的最新研究进展; 阐述了不同类型文物材料的太赫兹光谱特征、太赫兹成像检测技术原理和特点; 指出了太赫兹无损检测技术对不同类型文物进行无损检测的技术关键点, 列举了太赫兹技术在文物科学领域最成功和最具代表性的应用实例。最后展望了太赫兹无损检测技术在文物保护领域的发展趋势。
无损检测 太赫兹光谱 太赫兹成像 文物检测 高灵敏度 nondestructive testing terahertz spectrum terahertz imaging cultural relics detection high sensitivity 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(2): 157
1 首都师范大学物理系, 北京 100048
2 北京成像理论与技术高精尖创新中心, 北京 100048
3 首都师范大学太赫兹光电子学教育部重点实验室, 北京 100048
涡旋光束在提高通信能力方面的巨大潜力日益受到人们的青睐,而宽带特性是提高信道容量的关键。此外,当前涡旋光束产生器件存在着带宽窄、效率低等缺点。因此,设计了一种基于Pancharatnam-Berry相位的超宽带反射超表面,该超表面由13×13单层旋转反射单元结构组成,在频率范围为0.9~1.8 THz内可产生太赫兹涡旋光束。结果表明,该涡旋光束产生器件可以实现高效率(工作效率在90%以上)和较宽的工作频率,这为高性能宽带涡旋光束产生器的设计开辟了一条新途径。
光通信 太赫兹 涡旋光束 宽带 超表面 中国激光
2021, 48(20): 2014003
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Physics, Capital Normal University, Beijing 100048, China
2 Key Laboratory of Intelligent Optical Sensing and Manipulation, College of Engineering and Applied Sciences, Nanjing University, Nanjing 210093, China
In this Letter, we propose that the photopatterned liquid crystal (LC) can act as a broadband and efficient terahertz (THz) Bessel vortex beam (BVB) generator. The mechanism lies in the frequency-independent geometric phase modulation induced by the spatially variant LC directors. By adopting large birefringence LCs and optimizing the cell gap, the maximized mode conversion efficiency can be continuously adjusted in broadband. Furthermore, the LC patterns can be designed and fabricated at will, which enables the THz BVBs to carry various topological charges. Such a THz LC BVB generator may facilitate the advanced THz imaging and communication apparatus.
terahertz liquid crystal Bessel vortex beam photopatterning Chinese Optics Letters
2020, 18(8): 080003
1 首都师范大学 物理系，北京 100048
2 北京市太赫兹波谱与成像重点实验室，北京 100048
3 太赫兹光电子学教育部重点实验室，北京 100048
太赫兹被动成像技术具有很多独特的优势，已经成为安全检查领域的重要研究方向。为了进一步提高太赫兹被动成像系统的成像性能和实用性，研究了实验室自研的一套基于光机扫描的太赫兹被动成像系统的性能。通过探索不同系统参数和实验条件，包括成像距离、成像速度以及探测器状态，对背景噪声以及分辨率等图像性能的影响，获得了系统优化的性能参数，同时探究了该系统探测人体隐藏物品的能力，说明该系统可以有效地对人体进行安全检查。实验结果表明：该太赫兹被动成像系统的成像距离在机器前面1.5~2.5 m的范围内，即在大约1 m的景深内，能够显示清晰的太赫兹图像；该系统的成像速度为每帧1~2 s；探测器工作电平和增益对图像清晰度和系统噪声有较大的影响，存在一个优化的探测器工作状态，在该条件下可以获得清晰的太赫兹图像。在各项参数优化的条件下，该太赫兹成像系统可以达到的目标分辨率为1.5~2 cm，能够清晰地探测隐藏在人体衣服之下的金属物品和对太赫兹波有较强吸收的物质。
太赫兹 被动成像 光机扫描 安全检查 terahertz passive imaging opto-mechanical scanning security inspection 红外与激光工程
2020, 49(4): 0404005
李帅 1,2,3,4赵国忠 1,2,3,4,*郭姣艳 1,2,3,4
1 首都师范大学物理系, 北京 100048
2 北京市太赫兹波谱与成像重点实验室, 北京 100048
3 北京市成像理论与技术高精尖创新中心, 北京 100048
4 太赫兹光电子学教育部重点实验室, 北京 100048
对常用的4种三维(3D)打印材料进行了太赫兹光谱检测与分析。实验结果表明:4种3D打印材料在0.20~2.60 THz范围内差异明显,其中3D打印聚碳酸酯材料对太赫兹光的透过率最高;4种材料的折射率在1.45~1.65之间,光敏树脂的折射率最大,在1.62左右;4种材料的介电常数实部在2.20~2.75之间,虚部在0.05~0.35之间;从吸收谱上看,4种材料都没有吸收峰并且吸收较小。该研究为利用3D打印材料制作太赫兹器件的材料选取提供了重要的参考。
太赫兹技术 光谱学 三维打印材料 检测
1 河南农业大学化学系, 河南 郑州 450002
2 首都师范大学物理系, 北京市成像技术高精尖创新中心, 太赫兹光电子学教育部重点实验室, 北京 100048
为了解生物体内L-阿拉伯糖在代谢过程中的合成与降解机制, 采用太赫兹和拉曼光谱系统, 对其指纹区的振动进行检测。 结果表明, L-阿拉伯糖太赫兹图谱在频率49.5和72.2 cm-1分别检测出了振动吸收, 其中72.2 cm-1的振动为首次检出。 该振动频率与其折射率图谱反常色散的频率基本一致, 故这两个振动吸收可以作为L-阿拉伯糖的特征吸收。 最为重要的是, 在该频域内, 检测得到图谱的波型与三种异构体理论值简单叠加后波型极为相似, 故可以初步判定样品含有三种构象异构体(α-型、 β-型和l-型结构), 非单一组分, 而是混合组分; 对于拉曼图谱而言, 其特点简洁而明晰, 一般将指纹区的振动, 从高到低分为四个区域: 吡喃环结构的伸缩振动、 亚甲基的摇摆振动、 环上羟基的扭曲振动及环骨架扭曲和畸变振动。 同时也根据密度泛函理论B3LYP/6-311G**基组, 分别对L-阿拉伯糖的三种构象异构体的振动进行模拟计算, 利用势能分布对这些振动进行归属和指认。 与理论值相比, 振动频率检测值有不同程度的红移, 即振动频率向低频发生了偏移, 其原因是样品内不同分子间相互影响所致。
L-阿拉伯糖 太赫兹图谱 特征振动 拉曼图谱 归属 L-Arabinose Terahertz spectra Characteristic vibrations Raman spectra Assignments 光谱学与光谱分析
2018, 38(9): 2713
首都师范大学物理系太赫兹光电子学教育部重点实验室, 北京 100048
提出了一种基于L形微结构单元阵列的太赫兹波段宽带反射式偏振转换器,数值分析了由L形微结构单元阵列超材料、电介质层和金属板组成的偏振转换器的特性。结果表明,所提偏振转换器可以将线偏振波转换为交叉偏振波,还可以在两个特殊频率下将线偏振波转换成圆偏振波。在0.64~1.19 THz的频率范围内,可以实现大于80%转换率的偏振转换,最大偏振转换率达到95%以上。此外,在一定的斜入射条件下,所提偏振转换器可以保持良好的偏振转换性能。
材料 太赫兹 宽带 偏振转换 L形 激光与光电子学进展
2018, 55(4): 041602
