太赫兹波成像特性研究+文献综述(2)
表2.1 电磁波和光波研究比较
电磁学 光学
称为 电磁波 光波
遵循法则 麦克斯韦方程 薛定谔方程
发射 电荷的经典运动 电子的量子跃迁
检测物理量 电场强度 光强
应用元器件 电路，天线，波导 透镜，反射镜，光纤
近似方法 均匀电磁场 均匀介质
太赫兹波段由于处于两者之间，所以仅仅利用电子学或光学的技术和器件都不能完全满足研究需要。因此探索寻找适合研究太赫兹的方法是很重要的。
2 太赫兹
2.1 太赫兹辐射的独特性质
太赫兹波的发现是很早的，但是对它的研究却并不广为人知。这不是因为它的作用小。相反的太赫兹波性质独特，兼具红外和微波的部分特性。只是因为激光光源的发展受到限制，检测技术等不成熟导致了研究缓慢。近年来人们对激光技术投入的增加，带动了太赫兹波的发展。所以我们期待太赫兹的发展可以造福人类。
（1）瞬态性：太赫兹脉冲的典型脉宽在皮秒量级，这个量级对于光波家族来说也是很短暂的。可以方便的对各种材料进行时间分辨的研究，与此同时采用取样测量技术，能够有效地减少背景辐射噪声的干扰。其得到的信噪比超过104,精度和稳定性也要好于傅里叶变换红外光谱技术。
（2）相干性：电磁波种类繁多。太赫兹波也是电磁波的一种，所以具有电磁波的全部特性，我们研究波形一般会有衍射干涉等，这需要波形具有相干性，因此相干性是很重要的特性。太赫兹的杨氏双缝实验证明了其波动性，利用相干测量技术可以获得电场的振幅与相位，这样可以提取样品的折射率，吸收系数等指数。不仅运算方便，同时其可靠性也较好。
（3）低能性：我们在日常生活中知道例如X射线是不能经常照射人体的，因其能量太高会对细胞产生伤害。而THz的辐射光子能量仅为X射线的百万分之一。这个是人体可以承受的能量。也因此不会因为电离对物质产生破坏，常常用于无损检测。在国际上太赫兹波的在医学检测美容上可以深入应用。
（4）穿透性：对于很多非极性与非金属物质，太赫兹波具有很强的穿透力，一般的红外线，X射线以及超声技术也能实现对物质的穿透，但是相对于这些电磁波，太赫兹更安全可靠。一般的纸质或者塑料布料等包装均可以被穿透。满足广泛的适用性。
（5）宽带性：我们知道物质对电磁波的反应表现在吸收与谐振方面，就物质本身来讲能够有明显反应的波段都有着很大的差异。而太赫兹脉冲虽然只包含若干个周期的电磁波震荡，但是单个的脉冲宽度在GHz到几十THz之间。涵盖的范围足以包含许多不同种类蛋白质的震荡与转动的能级。这在我们分析物质的光谱特性时候是非常有用的，从而也可以进一步的研究推断物质本身的特性。
（6）吸水性：本实验就是对此项特性的重点应用。例如H2O，NH3这类极性分子，太赫兹辐射会被强烈的吸收，正是因为这一点，根据成像的情况，对于物质的特征谱，可以研究物质成分，或者各种生物组织分布。当然这一点会影响在大气通信方面的应用，这也是我们今后研究的问题所在。
（7）超优的成像特性：图像成像质量与信噪比，分辨率以及景深等有关。太赫兹光谱技术是非接触测量技术，对于电介质半导体等材料的信息测量准确由快速。成像的信噪比高，景深分辨率都会增加明显。比毫米波的优势明显。此外对于非均匀物质散射也较少。一般的眼睛在可见光下没有遮挡才能看到物体，使用太赫兹在遮挡，烟雾等不良视线下也能成像。而且通过透射分析，物质内部的情况也可窥见。