THz太赫茲晶體筱曉上海光子

更新時(shí)間：2021-11-30 點(diǎn)擊次數：1507

一、太赫茲波

太赫茲(terahertz，THz)波是特指一段特殊波段的電磁輻射，狹義的太赫茲波一般是指頻率在0.1～10THz（1THz＝1012Hz），波長(cháng)為0.03～3mm的電磁波，在電磁波譜中位于微波和紅外線(xiàn)波段之間。

而廣義的太赫茲波頻率范圍可包含整個(gè)中紅外和遠紅外波段，頻率最高可達100THz。由于太赫茲波在電磁波譜中的位置十分特殊，它處在電子學(xué)和光子學(xué)的交叉領(lǐng)域，所以既不*適合用經(jīng)典的光學(xué)理論來(lái)解釋?zhuān)膊?適合用電子微波理論來(lái)研究。

因此，以往在相當長(cháng)的一段時(shí)期內太赫茲波段被認為是電磁波譜中的“jin區”。目前THz科學(xué)已經(jīng)成為前沿的交叉學(xué)科。

太赫茲波在電磁波譜中的位置

二，太赫茲波的特性

a）寬帶性：太赫茲的頻譜帶寬比微波高幾個(gè)數量級，頻譜范圍非常寬，是良好的信息載體，能夠覆蓋蛋白質(zhì)和du品等大分子的轉動(dòng)振蕩頻率，這些大分子都在太赫茲波段具有很強的吸收和諧振，構成了相應的太赫茲特征譜，可以用于成分識別。

b）高分辨性：太赫茲激光器的脈沖為皮秒量級，能夠達到很高的時(shí)間分辨率，可以用于生物樣本等對時(shí)間分辨率較高的研究中，空間分辨率高可用于高分辨成像；多普勒頻率高分辨可用于測速和目標探測。

c）低能性：太赫茲的光子能量?jì)H為毫電子伏特，不到X射線(xiàn)光子能量的百分之一，不會(huì )產(chǎn)生電離效應破壞被檢測的物質(zhì)。

d）電磁特性：太赫茲電磁波特性可以突破“黑障區”（等離子鞘套），可用于空間飛行器通信。

e）穿透性：太赫茲輻射對非金屬穿透能力很強，對于日常所見(jiàn)的大部分介質(zhì)，比如塑料、布料、陶瓷、紙張、木材、電介質(zhì)等均具有很強的穿透性，衰減系數比超聲波小2~3個(gè)數量級，但很難穿透金屬材質(zhì)和水，可以用于內部質(zhì)量檢測。

三、太赫茲波的應用

太赫茲波的*性能給通信、太赫茲成像、材料的研究和檢測、軍事等領(lǐng)域帶來(lái)重大的影響，使得太赫茲波的研究備受關(guān)注。

目前，太赫茲波應用的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)分別是太赫茲成像技術(shù)和太赫茲波譜技術(shù)。對太赫茲成像技術(shù)的研究主要集中在遠距離探測和成像、檢測材料結構特征和內部信息上，它可以作為探針，對物質(zhì)內部波譜特性、化學(xué)成分、結構特征等進(jìn)行深入研究。

在生物醫學(xué)領(lǐng)域，DNA探測、太赫茲醫學(xué)應用、太赫茲生物化學(xué)應用以及藥物的分析和檢測等方面有著(zhù)強大的功效和應用前景，可以大大推動(dòng)醫療器械的改進(jìn)和藥物的研制和鑒定。

在環(huán)境科學(xué)方面，太赫茲輻射可以穿透煙霧，檢測到煙霧中的有毒氣體和粉塵，美國等發(fā)達國家已經(jīng)研制和應用太赫茲環(huán)境監控設備。

此外，太赫茲波在國防、返恐等方面有著(zhù)*的優(yōu)勢。利用太赫茲波譜可以快速、有效的檢查和識別du品，檢測飛機、火箭等重要設備的故障。太赫茲衛星太空成像和通信技術(shù)將成為日后大國關(guān)注的重要領(lǐng)域。

太赫茲雷達和太赫茲通信的應用

、太赫茲波的產(chǎn)生

太赫茲波產(chǎn)生的主要途徑有：半導體表面、偶極天線(xiàn)、光激發(fā)氣體激光、自由電子激光、量子級聯(lián)激光、以及非線(xiàn)性晶體的非線(xiàn)性轉換等方式。產(chǎn)生太赫茲波的設備都過(guò)于龐大而且昂貴，相比之下，基于紅外非線(xiàn)性晶體的頻率變換技術(shù)獲得的太赫茲輻射具有室溫運轉、調諧范圍寬、功率高、窄線(xiàn)寬輸出、體積小、重量輕、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)。

ZnTe（碲化鋅）晶體和GaSe（硒化鎵）晶體就是產(chǎn)生太赫茲光源的極為重要非線(xiàn)性晶體。

五、太赫茲晶體-ZnTe（碲化鋅）

ZnTe晶體是紅棕色晶體，Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體材料，具有探測靈敏度高、探測帶寬寬、穩定性強等特點(diǎn)，室溫下禁帶寬度約為 2.26 eV，具有立方閃鋅礦的結構。ZnTe 具有非常優(yōu)良的光電特性，在光電子學(xué)、自旋電子學(xué)等領(lǐng)域有巨大應用潛力，引起了人們的廣泛興趣。

碲化鋅單晶具有良好的相位匹配特性和電光特性，是常用的通過(guò)光整流效應生成THz輻射場(chǎng)的電光晶體。

ZnTe晶體結構模型

<110>晶向的ZnTe（碲化鋅）晶體常通過(guò)光學(xué)整流來(lái)產(chǎn)生太赫茲振蕩。光學(xué)整流效應是一種二階非線(xiàn)性效應，也是一種特殊的差頻效應。一定寬度的飛秒激光脈沖，擁有非常寬的頻率分量，這些分量間的相互作用（主要是差頻）將會(huì )產(chǎn)生從0到幾個(gè)太赫茲的電磁波。

ZnTe晶體

太赫茲脈沖可通過(guò)另一個(gè)自由空間的<110>晶向ZnTe實(shí)現光電探測。太赫茲光脈沖會(huì )使ZnTe晶體產(chǎn)生雙折射，因此當太赫茲光脈沖和可見(jiàn)光脈沖同時(shí)在ZnTe晶體中直線(xiàn)傳播時(shí)，可見(jiàn)光的偏振狀態(tài)將會(huì )因此發(fā)生變化。

使用λ/4波片，偏振分光體，以及平衡光電二極管，我們可以完成對可見(jiàn)光的偏振狀態(tài)的監控，從而得知太赫茲光脈沖的振幅，延遲等各種參數。而這種監測太赫茲光脈沖的完整電磁場(chǎng)信息（振幅和相位延遲）的能力，是時(shí)域太赫茲光譜儀*吸引力的特性之一。

公司ZnTe晶體與GaSe晶體同樣應用為：太赫茲時(shí)域系統、太赫茲源晶體、中遠紅外氣體探測、CO2激光的SHG、太赫茲成像。

公司ZnTe晶體接受客戶(hù)定制服務(wù)，有多種尺寸可選，并為客戶(hù)導向解決方案。