1 长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室，吉林 长春 130022
2 长春理工大学中山研究院，广东 中山 528400
为探究有机硅胶黏结剂的受力特性，提出了一种基于太赫兹时域光谱特征进行无损表征的方法，利用太赫兹时域透射光谱对有机硅胶胶膜的应力光学系数进行表征，分别以胶膜折射率及时域光谱相位延迟作为参量开展了实验研究，两种方法获得的应力光学系数均为0.18 MPa-1。利用反射式太赫兹时域光谱系统对不同受力状态下的有机硅胶胶膜进行实验研究，分别给出了胶膜厚度为2 mm和3 mm条件下太赫兹时域光谱延迟时间差与拉应力的变化关系，实验结果与理论规律相一致。研究结果表明，太赫兹时域光谱可有效地对有机硅胶等粘接材料的受力特性进行定量化表征，从而为胶接结构在受力状态下的粘接强度的评估提供一种新的方式。
光谱学 太赫兹时域光谱技术 有机硅胶 应力表征 无损检测 光学学报
2023, 43(23): 2330002
光子学报
2023, 52(10): 1052410
1 长春理工大学光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室，吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
3 长春理工大学中山研究院，广东 中山 528400
利用太赫兹时域光谱技术对不同煤灰分含量的光谱进行分析，发现在0.5~3 THz频段内，随着煤灰分含量的增加，其折射率会逐步提高，吸收效应也会逐步增强；考虑到煤样品厚度对光谱的影响，提出一种基于厚度校正的吸收系数特征提取方法，提高了低灰分煤样品吸收曲线的数据区分度；利用双通道卷积神经网络提取折射率和吸收系数特征，建立了煤灰分预测模型。实验结果显示，训练集的拟合度为=98.21%，预测精度ERMS=0.1442，而预测集的=93.56%，ERMS=0.2037，均优于传统PLSR、BP和LSSVM等方法。可见，所提方法在解决选煤厂煤灰分检测问题上具有较好的表现，为选煤厂提供了一种新的技术路径。
光谱学 太赫兹时域光谱技术 煤灰分 折射率 吸收系数 卷积神经网络 预测 光学学报
2023, 43(22): 2230001
1 中国人民公安大学侦查学院，北京 100038
2 青岛青源峰达太赫兹科技有限公司，山东 青岛 266100
3 国家体育总局反兴奋剂中心，北京 100029
为打击不法分子利用寄递渠道运输掺杂有毒有害等非食品原料的减肥药的现象，提出一种基于太赫兹时域光谱技术的减肥药模式识别方法。与传统方法相比，太赫兹光谱的时域频谱信噪比高，具有快速、省时和无损等特点。选用7种减肥药作为实验样品，采集样品的太赫兹时域光谱，用自动寻峰器找到0~0.19 THz、1.75~2.14 THz、2.23~2.5 THz三个特征频率区间；采用希尔伯特变换、巴特沃思低通滤波器、快速傅里叶变换低通滤波器、标准正态变换后的一阶导数处理特征频率区间，并对处理结果与原始光谱进行特征数据融合；采用粒子群优化最小二乘支持向量机和随机森林模型对原始数据和四种方法融合的数据进行分类识别。实验结果表明，粒子群优化最小二乘支持向量机模型对经过希尔伯特变换的光谱特征融合数据具有最佳的识别效果，准确率可达到100%，对法庭科学中减肥药的鉴别有一定借鉴意义。
太赫兹时域光谱技术 减肥药 特征数据融合 粒子群优化最小二乘支持向量机 随机森林 激光与光电子学进展
2023, 60(10): 1030003
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
大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室，辽宁大连 116024
近年来，太赫兹时域光谱技术 (THz-TDS)被用于多种等离子体源的电子密度诊断研究中，但其可靠性程度评估工作开展较少，亟需补齐相应研究。本文将 THz-TDS用于诊断电感耦合等离子体源(ICP)的电子密度，ICP驱动频率为 13.56 MHz，功率为 250~400 W，工作介质为氩气，气压为 30~99 Pa。诊断结果显示电子密度随输入功率和气压单调递增，电子密度范围为 1013 ~ 1014 cm -3。同时，利用 COMSOL Multiphysics构建漂移扩散模型对该条件下等离子体电子密度进行数值计算研究。结果显示：实验测量与数值计算的电子密度值定量吻合较好，且两者随气压变化趋势一致。证实了 THz-TDS应用到等离子体诊断领域中具有可靠性高、稳定性好等优异特性，具有非常广阔的发展潜力。
太赫兹时域光谱技术 等离子体诊断 电子密度 数值计算 Terahertz-Time Domain Spectroscopy plasma diagnostic electron density numerical simulation 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(8): 804
太赫兹时域光谱技术能够利用物质在特定频率范围内的吸收得到物质的折射率、吸收系数、反射系数等光学参数，因具有指纹性、低能性、强穿透性、相干性等优点，近年来在食品、药品、环境领域中做出了重要的贡献。在介绍太赫兹时域光谱法的原理及获得光学参数方法的基础上，重点讨论了太赫兹时域光谱技术在食品、药物、环境等方面的研究现状，最后对其在实际工作中的局限性和发展的前景进行了总结和展望，以期对未来太赫兹时域光谱技术在食药环领域的应用提供指导。
太赫兹时域光谱技术 食品 药品 环境 激光与光电子学进展
2022, 59(16): 1600003
1 长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室，吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院光电工程国家级实验教学示范中心，吉林 长春 130022
太赫兹时域光谱技术在无损检测领域有很好的技术优势和应用前景，提高系统的检测速度和探测频谱分辨率是当前时域光谱技术的一个重要课题，而太赫兹时域光谱系统的检测速度和延迟时间是由光学延迟线决定的。基于透射式太赫兹时域光谱系统，设计了一种新型的旋转式光学延迟线，该旋转延迟线包含24片平面反射镜，通过旋转改变光程，进而产生可变的延迟时间。对该光学延迟线建立了数学模型，并进行了工作状态下光路的仿真与实际实验验证。仿真与实验结果表明，延迟时间可达72 ps，扫描频率为60 Hz，最小二乘法计算得到的线性度可达99.96%。利用有限元分析(FEA)软件对该延迟线的机械结构进行了旋转状态下的受力分析和模态分析，验证了该设计在工作中的可靠性与稳定性。该设计相比现有的太赫兹时域系统中的线性延迟线，有更快的扫描速度和更长的线性延迟时间，有利于太赫兹时域光谱系统的光纤集成化。
测量 太赫兹时域光谱技术 光学延迟线 等效采样 延迟距离 延迟时间
1 北京农业信息技术研究中心, 北京 100097
2 山西农业大学工学院, 山西 太谷 030801
畜禽养殖中抗生素的不合理使用导致畜禽产品中抗生素残留问题时有发生, 进而通过食物链影响食品安全, 威胁人类健康。 准确、 快速检测出抗生素药物的含量对保障食品安全具有重要意义。 以残留较为常见的喹诺酮类诺氟沙星抗菌药为研究对象, 开展基于太赫兹光谱技术的诺氟沙星较大梯度和较小梯度的全浓度含量检测研究。 在较大梯度诺氟沙星样本中, 首先, 在1%~100%范围内设置了11个浓度, 完成较大梯度压片样本制备; 然后经太赫兹时域光谱系统扫描获取其时域光谱, 提取样本的吸收系数, 用卷积平滑S-G二项式拟合滤波去除噪声、 平滑样本光谱数据。 发现纯净的诺氟沙星在1.205 THz处存在一个强烈吸收峰, 在0.816 THz处存在一个弱吸收峰。 最后, 利用逐步回归和连续投影法(SPA)选择变量并结合特征吸收峰进行多元线性回归建模预测分析。 进一步在较小梯度诺氟沙星样本研究中, 首先在浓度100 μg·mL-1(0.01%)以下设置了29个浓度系列, 完成较小梯度溶液样本制备; 然后获得其太赫兹时域光谱, 用S-G二项式拟合滤波进行数据预处理, 发现各浓度的吸收光谱未出现明显差异, 最后利用逐步回归和连续投影法(SPA)选择变量结合特征吸收峰实现多元线性回归建模预测分析。 结果表明: 在较大梯度诺氟沙星样本中逐步回归选择变量的多元线性回归达到了模型最优(Rp=0.962, RMSEP=2.74%), 准确率优于当前已有最优预测模型(Rp=0.867, RMSEP=16.6%); 小梯度诺氟沙星样本的逐步回归选择变量的多元线性回归模型最优(Rp=0.728, RMSEP=18.79 μg·mL-1), 该方法有一定的预测能力, 但是准确率有待提升。 利用太赫兹光谱技术实现了较全浓度诺氟沙星的检测, 为后续诺氟沙星检测限的探索等进一步研究提供了一定的研究基础。
太赫兹时域光谱技术 诺氟沙星 浓度检测 喹诺酮 吸收系数 抗生素残留 Terahertz time domain spectroscopy Norfloxacin Concentration detection Quinolone Absorption coefficient Antibiotic residue 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2710
华东交通大学机电工程学院, 江西 南昌 330013
咖啡是世界三大饮料之一,严格把控咖啡品质具有重大意义。以三个不同品种的咖啡豆为对象,利用太赫兹时域光谱技术结合化学计量学实现咖啡豆品种的快速鉴别。采用多种预处理方法减小实验误差,利用主成分分析(PCA)对光谱矩阵进行降维。建立偏最小二乘判别分析(PLS-DA)二分类模型和支持向量机(SVM)、反向传播神经网络(BPNN)、随机森林(RF)多分类判别模型。PLS-DA二分类模型的定性判别效果较为理想,总正确率可达98%;在多分类模型中,基于基线校正建立的SVM模型的效果最佳,总正确率达到98%。本研究表明利用太赫兹光谱技术快速鉴别咖啡豆品种是可行的,建立了较优的基于基线校正后的支持向量机模型,以为太赫兹时域光谱技术在定性检测其他农产品时提供经验参考。
光谱学 太赫兹时域光谱技术 咖啡豆 定性判别 基线校正 支持向量机 激光与光电子学进展
2021, 58(16): 1630002
