基于近场探针的太赫兹扫描成像系统能够突破衍射极限探究物质隐藏的细节，但是传统基于微纳加工工艺的近场探针存在工艺复杂、传输损耗较大的缺点。提出了一种基于空心圆波导的渐变开口圆锥形近场探针设计方法，所设计的探针能够通过圆波导实现低损耗传输，同时利用渐变开口圆锥形针尖实现亚波长聚焦。为了验证方法的可行性，采用3D打印技术对所设计的探针进行加工，然后基于高精度三维扫描平台搭建了一套0.1 THz近场扫描成像系统。实验结果表明该探针能够实现亚波长超分辨聚焦，实验结果与仿真结果一致。

为了解决激光打标系统中聚焦透镜焦深短等原因导致的系统打标范围小等问题,提出了一种基于飞秒激光成丝效应进行大幅面激光打标的方法,系统地分析了打标范围和分辨率。实验结果表明:飞秒激光成丝可以有效地增大焦深,实现大幅面平面样品的打标以及曲面样品的打标,并在打标系统的有效工作范围内,使分辨率均匀性得到了提高。

研究了锗基单层石墨烯结构宽带光控太赫兹调制器。利用实验室搭建的太赫兹时域光谱系统, 实验证明了在1 550 nm 飞秒光泵浦下, 该太赫兹调制器工作带宽为0.2~1.5 THz。当泵浦光功率从0增加到250 mW时, 该太赫兹波调制器的平均透过率从40%下降到22%, 平均吸收系数从19 cm-1增加到44 cm-1, 在0.2~0.7 THz, 调制深度均高于50%, 最大调制深度为62%(0.38 THz)。实验结果表明, 相比于纯锗基太赫兹调制器, 单层石墨烯的引入能增强对太赫兹波的调制效果。

高性能的太赫兹功能器件在太赫兹波的产生、传输及探测上都有着重要意义.报道了一种Kagome型低损耗太赫兹波导及其成像应用.首先根据反谐振波导理论设计了0.1 THz处低损耗的太赫兹波导, 其理论损耗低至0012 cm-1.然后使用3D打印技术制备波导实物, 实验测得其损耗为0.0153 cm-1, 波导末端光束发散角为6±05°.最后基于该波导搭建了可重构太赫兹成像装置, 分别实现了对隐藏刀片、矿石的反射和透射成像, 在地下远距离勘探领域具有潜在的应用前景.

摇头丸、冰毒和海洛因等常见的毒品在特定波长激发下都可以发射荧光,但这些分子结构中的荧光基团数量较少或量子效率很低,当毒品的浓度较低时,荧光信号很弱,很难被检测到,从而限制了荧光光谱技术在毒检领域的应用。为了提高荧光光谱技术的灵敏度,从荧光信号的发散特性考虑,利用TracePro软件设计用于荧光信号收集的光路,这与传统的采用高功率激光器增加激发光能量和选用高灵敏探测器的解决方案不同;在光路中,选用抛物面型反射镜和菲涅耳透镜对不同发散角的荧光光束进行准直,采用平凸透镜和双凸透镜对光束进行缩束,采用特定尺寸的微透镜阵列对光束进行聚焦。对设计的光路进行仿真的结果表明:光路对荧光信号光的收集效率约为21.08%,比传统荧光收集光路的效率高6倍。所设计的光路可为改进本课题组已经开发的便携式高灵敏毒品荧光检测系统提供技术参考。

高性能的太赫兹器件在控制太赫兹波方面起到重要的作用，因此寻求一种简单有效的太赫兹器件加工方案非常必要。本文以太赫兹波导和太赫兹滤波器为例，分别选用Kagome型光子晶体结构的波导和一维光子晶体结构的滤波器，运用商用的3D打印机加工样品，并采用透射式太赫兹时域光谱系统对样品的参数进行测量。实验结果表明: 加工的波导在02~10 THz范围内传输损耗平均值约为002 cm-1，最小值可达到0002 cm-1，且可运用机械拼接的方式将多个波导进行简单的连接从而获得更长的波导而不引起严重的损耗; 滤波器的透射谱在01~05 THz之间有两个明显高损耗带; 这两组实验结果均与理论预计非常接近。本文运用太赫兹波导和滤波器的实例证实了3D打印技术加工太赫兹器件的可行性，将会成为获取性能可控、价格低廉的太赫兹器件的有效途径。