THz太赫茲晶體筱曉上海光子

更新時間：2021-11-30

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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），波長為0.03～3mm的電磁波，在電磁波譜中位于微波和紅外線波段之間。

而廣義的太赫茲波頻率范圍可包含整個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，它處在電子學和光子學的交叉領域，所以既不*適合用經典的光學理論來解釋，也不*適合用電子微波理論來研究。

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

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，能夠覆蓋蛋白質和du品等大分子的轉動振蕩頻率，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，能夠達到很高的時間分辨率，可以用于生物樣本等對時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：太赫茲的光子能量僅為毫電子伏特，不到X射線光子能量的百分之一，不會產生電離效應破壞被檢測的物質。

d）電磁特性：太赫茲電磁波特性可以突破“黑障區(qū)”（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，對于日常所見的大部分介質，比如塑料、布料、陶瓷、紙張、木材、電介質等均具有很強的穿透性，衰減系數比超聲波小2~3個數量級，但很難穿透金屬材質和水，可以用于內部質量檢測。

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、軍事等領域帶來重大的影響，使得太赫茲波的研究備受關注。

目前，太赫茲波應用的兩個關鍵技術分別是太赫茲成像技術和太赫茲波譜技術。對太赫茲成像技術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，對物質內部波譜特性、化學成分、結構特征等進行深入研究。

在生物醫(yī)學領域，DNA探測、太赫茲醫(yī)學應用、太赫茲生物化學應用以及藥物的分析和檢測等方面有著強大的功效和應用前景，可以大大推動醫(yī)療器械的改進和藥物的研制和鑒定。

在環(huán)境科學方面，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)達國家已經研制和應用太赫茲環(huán)境監(jiān)控設備。

此外，太赫茲波在國防、返恐等方面有著*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(wèi)星太空成像和通信技術將成為日后大國關注的重要領域。

太赫茲雷達和太赫茲通信的應用

、太赫茲波的產生

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

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

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(wěn)定性強等特點，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、自旋電子學等領域有巨大應用潛力，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，是常用的通過光整流效應生成THz輻射場的電光晶體。