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(zhǎng)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(gè)中紅外和遠(yuǎn)紅外波段，頻率最高可達(dá)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，也不*適合用電子微波理論來(lái)研究。

因此，以往在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)太赫茲波段被認(rèn)為是電磁波譜中的“jin區(qū)”。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(shù)量級(jí)，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(zhuǎn)動(dòng)振蕩頻率，這些大分子都在太赫茲波段具有很強(qiáng)的吸收和諧振，構(gòu)成了相應(yīng)的太赫茲特征譜，可以用于成分識(shí)別。

b）高分辨性：太赫茲激光器的脈沖為皮秒量級(jí)，能夠達(dá)到很高的時(shí)間分辨率，可以用于生物樣本等對(duì)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(cè)速和目標(biāo)探測(cè)。 

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

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(duì)非金屬穿透能力很強(qiáng)，對(duì)于日常所見的大部分介質(zhì)，比如塑料、布料、陶瓷、紙張、木材、電介質(zhì)等均具有很強(qiáng)的穿透性，衰減系數(shù)比超聲波小2~3個(gè)數(shù)量級(jí)，但很難穿透金屬材質(zhì)和水，可以用于內(nèi)部質(zhì)量檢測(cè)。

三、太赫茲波的應(yīng)用

太赫茲波的*性能給通信、太赫茲成像、材料的研究和檢測(cè)、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(yīng)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(duì)太赫茲成像技術(shù)的研究主要集中在遠(yuǎn)距離探測(cè)和成像、檢測(cè)材料結(jié)構(gòu)特征和內(nèi)部信息上，它可以作為探針，對(duì)物質(zhì)內(nèi)部波譜特性、化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)特征等進(jìn)行深入研究。

在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，DNA探測(cè)、太赫茲醫(yī)學(xué)應(yīng)用、太赫茲生物化學(xué)應(yīng)用以及藥物的分析和檢測(cè)等方面有著強(qiáng)大的功效和應(yīng)用前景，可以大大推動(dòng)醫(yī)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(cè)到煙霧中的有毒氣體和粉塵，美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)研制和應(yīng)用太赫茲環(huán)境監(jiān)控設(shè)備。

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

  太赫茲雷達(dá)和太赫茲通信的應(yīng)用  

、太赫茲波的產(chǎn)生

太赫茲波產(chǎn)生的主要途徑有：半導(dǎo)體表面、偶極天線、光激發(fā)氣體激光、自由電子激光、量子級(jí)聯(lián)激光、以及非線性晶體的非線性轉(zhuǎn)換等方式。產(chǎn)生太赫茲波的設(shè)備都過(guò)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(shù)獲得的太赫茲輻射具有室溫運(yùn)轉(zhuǎn)、調(diào)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(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(dǎo)體材料，具有探測(cè)靈敏度高、探測(cè)帶寬寬、穩(wěn)定性強(qiáng)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(jié)構(gòu)。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(yīng)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(yīng)生成THz輻射場(chǎng)的電光晶體。

  ZnTe晶體結(jié)構(gòu)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(yīng)是一種二階非線性效應(yīng)，也是一種特殊的差頻效應(yīng)。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(xiàn)光電探測(cè)。太赫茲光脈沖會(huì)使ZnTe晶體產(chǎn)生雙折射，因此當(dāng)太赫茲光脈沖和可見光脈沖同時(shí)在ZnTe晶體中直線傳播時(shí)，可見光的偏振狀態(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(duì)可見光的偏振狀態(tài)的監(jiān)控，從而得知太赫茲光脈沖的振幅，延遲等各種參數(shù)。而這種監(jiān)測(cè)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(yīng)用為：太赫茲時(shí)域系統(tǒng)、太赫茲源晶體、中遠(yuǎn)紅外氣體探測(cè)、CO2激光的SHG、太赫茲成像。

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

  ZnTe晶體的透過(guò)率曲線  

  ZnTe晶體實(shí)驗(yàn)室光路系統(tǒng)  

脈沖穿過(guò)2mm的ZnTe晶體及  

  對(duì)應(yīng)的傅里葉光譜  

六、太赫茲晶體-GaSe（硒化鎵）

GaSe晶體是負(fù)單軸層狀半導(dǎo)體晶體，擁有六邊形結(jié)構(gòu)的62m空間點(diǎn)群。GaSe晶體層與層之間van der Waals力相結(jié)合。

由于這種弱力相互作用導(dǎo)致其極易沿層方向(0001)解離，解離后的自然表面非常平整光滑，無(wú)需進(jìn)一步的拋光處理既可以進(jìn)行測(cè)試或用于頻率轉(zhuǎn)換應(yīng)用研究。對(duì)該晶體使用的一個(gè)很大限制在于質(zhì)軟，易碎。

GaSe晶體化學(xué)性能比較穩(wěn)定，在室溫環(huán)境下可以存放2～2.5年，表面沒有明顯變化。

  GaSe晶體的透視圖和俯視圖  

  GaSe晶體  

可用于太赫茲波產(chǎn)生的  

 非線性晶體吸收系數(shù)  

GaSe晶體抗損傷閾值高，300K時(shí)禁帶寬度為2.2eV，非線性系數(shù)大（54pm/V），非常合適的透明范圍，以及超低的吸收系數(shù)，這使其成為中紅外寬帶電磁波振蕩的非常重要的解決方案。

雖然GaSe晶體在太赫茲波段范圍內(nèi)晶體的線性吸收系數(shù)較紅外波段大，但它仍然比其它幾種非線性光學(xué)晶體有很明顯的優(yōu)勢(shì)。

GaSe晶體的透過(guò)率曲線 

  GaSe晶體的透過(guò)率曲線  

GaSe晶體的太赫茲振蕩能達(dá)到有非常寬的頻域，至41THz。因?qū)拵掌澱袷幒吞綔y(cè)使用的是低于20飛秒的激光光源，GaSe發(fā)射-探測(cè)系統(tǒng)能獲得與ZnTe可比的甚至更好的結(jié)果。通過(guò)對(duì)GaSe晶體厚度的選取，我們可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲波的頻率可選擇性控制。

公司GaSe晶體與ZnTe晶體應(yīng)用：太赫茲時(shí)域系統(tǒng)、太赫茲源晶體、中遠(yuǎn)紅外氣體探測(cè)、CO2激光的SHG、太赫茲成像。

GaSe晶體與ZnTe晶體接受客戶定制服務(wù)，有多種尺寸可選，并為客戶導(dǎo)向解決方案。

  GaSe晶體實(shí)驗(yàn)室光路系統(tǒng)  

  GaSe晶體EOS測(cè)量及反演結(jié)果