建筑材料的太赫兹谱实验研究.PDF

维普资讯 第 23卷 第4期 量 子 电 子 学 报 、 1．23NO．4 2006年 7月 CHINESEJOURNALOFQUANTUM ELECTRONICS Ju1．2006 文章编号： 1007—5461(2006)04—0555·05 建筑材料的太赫兹谱实验研究 任荣东， 王新柯， 赵国忠， 耿玉珍， 李福利 (首都师范大学物理系， 北京 100037) 摘 要 ：对几种建筑材料 (土、石、砖、水泥、木片)的穿透特性进行实验研究，得到了这几种建筑材料的折 射率曲线与吸收系数曲线。实验表明，太赫兹辐射对土、石、砖、水泥、木材等建筑材料有较高的透射率。这为 把太赫兹辐射用于安检提供了依据。 关键词 ：光谱学；太赫兹辐射；太赫兹光谱；安全检查；建筑材料 中图分类号 ：0433．59 文献标识码 ：A l 引 言 应用太赫兹技术对建筑材料进行光谱研究对于安全检查和反恐有重要意义。太赫兹辐射 (T射线)通 常指的是频率在0．1 10THz(波长在 30#m~3mm)之间的电磁波，其波段在微波和红外之间，属于远红外 波段。在二十世纪 80年代中期以前，由于缺乏有效的产生方法和探测手段，科学家对于该波段电磁辐射性 质的了解非常有限。近十几年来，随着超快激光技术的迅速发展，为太赫兹脉冲的产生提供了稳定、可靠 的激发光源，使太赫兹辐射的产生和应用得到了蓬勃发展。物质的太赫兹谱非常重要，包含着丰富的物理 和化学信息。同时，太赫兹辐射的优点决定了它在很多方面可以成为傅立叶变换红外光谱技术和x射线技 术的互补技术，太赫兹辐射在基础研究领域、工业应用及军事应用领域有广阔的发展前景，它在生物学、 医学、微电子学、农业及安全检查领域也有很大的应用潜力。 太赫兹辐射在安检和反恐中的可能应用是探测隐蔽的炸药、毒品和生化武器，甚至探测建筑物 内的恐 怖分子与危险材料。因此，需要着重研究包装材料与建筑材料在太赫兹波段的光谱特性、透射特性与折射 率。为此本文对几种建筑材料 (土、石、砖、水泥、木片)的穿透特性进行实验研究，得到了这几种建筑材 料的折射率曲线与吸收系数曲线。实验表明，太赫兹辐射对土、石、砖、水泥、木材等建筑材料有较高的 透射率。这为把太赫兹辐射用于安检提供了依据。 2 实验装置及数据分析 本实验使用首都师范大学太赫兹实验室的太赫兹光谱系统 (图1)。该系统使用Spectra-Physics公司的 锁模钛宝石脉冲激光器。激光器的平均功率为0．66W，输出的脉冲波长为 810nm，脉冲宽度小于 100fs。 本套系统以InAs作为发射极，通过耗尽层电压加速载流子而辐射太赫兹波。激光光束经反射镜M1和M2 进入光路，再经半波片HwP调节激光的偏振，照射到分束器CBS上，分为泵浦光与探测光两路。泵浦光 经过斩波器、电动平移台上的两面反射镜 M3和 M4(改变光程差)、反射镜 M5、M6、透镜 L1，聚焦到 InAs晶体上，从而辐射太赫兹波。光路中使用两组镀金离轴抛物面反射镜，第一组金镜PM1和 PM2将太 赫兹辐射聚焦到被测样品上，第二组金镜 PM3和 PM4将携带有样品信息的太赫兹辐射聚焦到探测器上。 基金项 目 ：国家 自然科学基金重大项 目 收稿 日期 ：2005—12—19； 修改日期 ：2006—03—09 E-m aih king12899~sina．corn 维普资讯 556 量 子 电 子 学 报 23卷 探测光经反射镜M7M10，透镜 L2，反射镜 Mll、M12，以及偏振片P，照射到硅片上 (硅片对太赫兹辐射 几乎是透明的，用它来保证探测光与太赫兹辐射共同聚焦到厚度为 1mm的 ZnTe探测晶体上)。太赫兹 辐射对 ZnTe晶体折射率椭球进行调制，从而将太赫兹辐射编码到探测光上。经过 ZnTe晶体，探测光带 有了样品的信息，