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太赫兹探测在前沿材料测试领域的应用

本文摘要:太赫兹测量仪器现在早已转入产业应用于阶段,并代表着一个最重要的潜在市场。就在几年前,太赫兹电磁辐射的商业应用于或许还过于明朗。如果咨询专家:太赫兹电磁辐射有哪些“刺客级”应用于?很少有人说道的上来。 然而,在2018年,太赫兹测量仪器展现出出有了极大的市场潜力。民用安全性应用领域、可用检测和工业质量掌控领域,都可以获益于新一代太赫兹系统的应用于。根据实际应用于,多种不同类型的技术各不具优点。

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太赫兹测量仪器现在早已转入产业应用于阶段,并代表着一个最重要的潜在市场。就在几年前,太赫兹电磁辐射的商业应用于或许还过于明朗。如果咨询专家:太赫兹电磁辐射有哪些“刺客级”应用于?很少有人说道的上来。

然而,在2018年,太赫兹测量仪器展现出出有了极大的市场潜力。民用安全性应用领域、可用检测和工业质量掌控领域,都可以获益于新一代太赫兹系统的应用于。根据实际应用于,多种不同类型的技术各不具优点。右图为一种带上光纤尾纤的光混频器,其有源结构坐落于圆柱形PCB的中心,产生的太赫兹电磁辐射通过硅透镜升空出来太赫兹频谱覆盖面积了100GHz~10THz(波长在3mm~30um之间)的频率,坐落于红外和微波频段之间(图1)。

目前,可以用于多种技术产生太赫兹电磁辐射。以下讲解的应用于使用了依赖NIR(近红外)激光转换成太赫兹波的光电源。与替代技术(例如倍频器或量子级联激光器)比起,这种光电子系统的特征在于更加强劲的鲁棒性、更加灵活的尺寸以及十分长的能用比特率。图1坐落于红外和微波波段之间的太赫兹频谱本文讲解了三种太赫兹观测新兴应用于,每种都有有所不同的系统和仪器:(1)微量气体的高灵敏检测,这拒绝系统具备低光谱分辨率,频域光谱仪看上去最合适;(2)层薄测量,使用时域系统,如塑料件的吸管和汽车工业中漆面的密切相关;(3)在较慢移动的传送带上动态检测样品,用于较慢检验系统展开检验,每秒可测量高达500KSPS(每秒千次取样)的样品。

在此可以预期,随着这些测量系统的市场接受度提升,将为涉及组件的生产带给更大的规模效应。气体观测频域光谱利用了两个可回声激光器的差频混频原理。两个波长有所差异的光太阳光特定半导体组件或光混频器,可将拍频信号波长转换成太赫兹电磁辐射。

尤其是,二极管激光器的波长可以准确地掌控,使得所产生的太赫兹电磁辐射有极高的方向性,并且可以更容易地设置或扫瞄。在微量气体分析中,仅有1MHz的频率分辨率就不够了;多种气体在太赫兹频率范围内具备显著的光子,并在高压下变宽,可以通过它们的吸取指纹峰展开辨识。图2二氧化硫的太赫兹吸收光谱:TeraScan可以辨别宽度仅有为几兆赫兹的谱线,实验数据(黑线)和文献值(蓝线)高度一致德国联邦教育和研究部(FederalMinistryforEducationandResearch)在2014~2017年期间资助了一个项目,目的研究工业建筑中有毒气体的准确观测。该项目还牵头了TOPTICAPhotonics、FraunhoferHeinrichHertz研究所、德国曼海姆消防局的分析工作组以及其他合作伙伴。

他们设计了一款基于高精度频域光谱仪的移动测量车站,分析了各种应用于场景,还包括维护生产线免遭发生爆炸,以及在应急情况下清理危险性等。在上述两种情景下,都必须测量有关泄漏有毒气体类型和数量的精确信息。

他们设计的移动测量车站的观测限值为:对氨气超过大约10ppm,对硫化氢和二氧化硫超过100ppm。图2展出了高压下二氧化硫的典型吸收光谱。层薄测量时域太赫兹测量基于脉冲太赫兹源。

与频域光谱比起,这些系统仅有用于一个升空较短红外脉冲的激光(持续时间为50~100fs)。激光脉冲启动时光电漏电源并产生较短瞬变电流,其中包括低(太赫兹)频率分量。目前能用的最佳光电漏电源使用了铟镓砷(InGaAs)半导体材料,可实现高达7THz的比特率。

图3太赫兹脉冲从塑料瓶的不同点光线:在同一个瓶中,壁薄变化将近两倍,太赫兹Echo定位很更容易检测到这些不均匀分布性利用太赫兹较短脉冲展开塑料件的质量掌控或涂料、涂层检测,是太赫兹测量最有前景的工业应用于之一(厚的光学不半透明层测量)。其测量原理类似于Echo定位。太赫兹脉冲探讨在被检测的材料上,材料层顶部和底部不会各自光线一部分的入射光脉冲。

如果材料的折射率未知,可以根据两层光线脉冲的抵达时间来计算出来层的厚度(图3)。该方法甚至还限于于多层表面,只要各层材料具备有所不同的折射率才可。时域系统TeraFlash早已可以解析厚度为10~20um的材料。


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