强太赫兹脉冲发生器

1、前言随着半导体封装变得更小、集成度更高，使用非破坏性、高分辨率技术定位故障的能力变得越来越重要。对失效分析手段提出了挑战，故障高分辨率定位能力的需求逐渐增大。为满足这些要求，Advantest开发了TS9001TDR方案，该系统分析通过利用专有的短脉冲信号处理技术进行高分辨率时域反射测量（Time Domain Reflectometry, TDR），对先进半导体封装、电子元件和印刷电路板中的导线故障区域进行快速、高精度和无损分析。 2、主要应用以3D集成电路为代表的高密度集成电路中存在着无限小的布线结构，布线故障在封装、印刷电路板封装过程中频繁出现。检测故障点需要几十微米分辨率。由于上升时间（约20ps）和抖动（约1ps）的限制，传统示波器TDR方法的故障距离分辨率仍保持数百微米的分辨率。使用TS9001TDR系统可以准确分析各种尖端半导体封装的布线质量，如倒装芯片BGA、晶圆级封装和2.5D/3D IC封装，能够直接连接客户的射频探测系统，针对其设备形状和故障分析环境，实现高速、高分辨率的测量，提供灵活的解决方案。（1） 高度集成的集成电路封装故障分析1) 封装引线故障分析：确定引线故障点位于Si Interposer内还是封装内，识别故障是由预处理还是后处理中的因素引起的2) C4 Bump故障分析：利用测试回路确定和分析安装Si Interposer的条件，对测试回路的菊花链结构进行故障点分析，并对安装条件进行反馈3) TSV、Micro-Bump故障分析：识别层压芯片的故障层4) 印刷电路板PCB故障分析：识别PCB板中通孔和信号线的故障点3、原理与优势（1）原理与技术太赫兹脉冲时域反射计的原理参见上图。其利用两个的飞秒激光器分别泵浦光电导电线，产生高频的太赫兹脉冲信号。飞秒激光器的中心波长1550nm，脉冲宽度50fs。其中，一个飞秒激光器的重复频率50MHz，另一个激光器的重复频率稍有区别。采用两个激光器的重复频率稍有差别的缘由在于，利用两个激光器的差频延迟，可以实现高频太赫兹信号的产生和探测。其工作是高频太赫兹信号通过探针接触芯片的管脚，高频太赫兹信号在芯片封装的引线中传播。当芯片封装没有开断路时，高频太赫兹沿着引线向前传播；当芯片封装的引线等出现开路时，将反射回正峰脉冲信号；当芯片封装引线出现短路时，将反射回负峰脉冲信号。（2）技术优势为了识别故障点，常用的封装无损检测方法包括光发射显微镜(emission microscope)和示波器时域反射计(Time domain Reflectometry, TDR)等，但是这些无损检测方法受到时域信号抖动的限制（信号抖动约1ps），导致分辨率不高，不能定位微米级的失效位置，无法以高分辨率检测开路、短路故障。故亟需高分辨率时域反射计，以提供快速且精准的失效定位。Advantest通过独有的光学采样和电短脉冲生成技术，借助飞秒激光技术，产生抖动小于30fs的超短采样脉冲。可以实现5μm的故障定位分辨率。通过使用自动探针的自动触地功能，进行精确的可重复测量，具有更高精度和效率的故障位置测量。TS9001TDR系统通过自动探针和与CAD设计联动，实例分析芯片封装的引线开路和短路故障定位，可以直观快速定位芯片封装的故障点，实现先进封装的失效分析。4、国内外发展现状Advantest的TS9001TDR系统中采用两个超短脉冲激光器异步采样，采取异步采样技术可以使系统不再需要机械式的光学延迟线，并且具有超高速的信号扫描速度。是目前全球独一的技术，目前国内外没有同类设备。5、发展趋势随着晶圆代工制程不断缩小，摩尔定律逼近极限，先进封装是后摩尔时代的必然选择，3D封装迅猛发展。作为一种全新的实现定位方法，在未来的几年里，太赫兹TDR技术将继续保持高速发展的势头。随着关键技术的不断发展，相关产品的种类将越来越丰富，行业应用和相关配套服务也将越来越广泛。搭载脉冲电磁波产生和高速采样的超短脉冲光纤激光器的太赫兹TDR设备，有助于半导体3D封装的故障分析。 6、总结与展望 在实际芯片测量过程中，太赫兹脉冲信号耦合至芯片内部衰减较为严重，对于太赫兹脉冲的信噪比提出了很高的要求。为了进一步提高测量精度和芯片内的传输路径，提高信噪比是亟需攻克的问题。另外芯片内部的引线存在阻抗不匹配又没有完全开路的情况，对于这类Soft Open的芯片检测，TDR波形分析需要结合信号模拟仿真，增强对信号的解读。对于材料的吸收系数、折射率、介电常数等光谱特性，可以用太赫兹时域光谱仪表征，这也是爱德万测试太赫兹技术的核心应用。目前爱德万测试已经有太赫兹时域光谱成像系统，通过发射和接收时域太赫兹信号至样品，可以实现生物医学样品、食品农产品、化学品、复合材料、通讯材料等的光谱特性表征。（爱德万测试(中国)管理有限公司 供稿）

据美国物理学家组织网2011年12月20日报道，日本京都大学最近发现，用一种强太赫兹脉冲照射普通的半导体材料砷化镓(GaAs)会导致载荷子密度提高1000倍。研究人员表示，这一发现有望带来超高速晶体管和高效光伏电池。相关论文今天发表在《自然?通讯》杂志网站上。　　研究载荷子倍增是多体物理和材料科学的基础部分，在设计高效太阳能电池、场致发光发射器和高灵敏光子探测仪方面具有重要作用。为了研究这种现象，研究人员设计了专门的实验，将一小块无掺杂的标准半导体材料砷化镓量子阱样本固定在氦流低温保持器上，用一种持续1皮秒(10的-12次方秒)的近半周期太赫兹脉冲照射该样本，发现电子空穴对(激子)突然暴发了雪崩式反应，使其密度比开始时提高了1000倍。　　京都大学集成电池材料科学院(iCeMS)副教授广理英基解释说：“太赫兹脉冲使样本处于强度为每平方厘米1毫伏的电场中，能产生大量的电子空穴对，形成激子，发出近红外冷光。这种明亮的冷光与载荷子倍增有关，这表明强电场驱动的载荷子相干能有效获得足够的动能，从而引发一系列碰撞离子化，在皮秒时间尺度内，使载荷子数量增加约3个数量级。”　　此外，京都大学集成电池材料科学院的田中耕一郎教授领导的实验室为该实验提供了太赫兹波，他在研究包括生物成像技术在内的太赫兹波的多种应用。他说：“我们的目标是制造出能实时观察到活细胞内部的显微镜，但实验结果表明，将太赫兹波用于研究半导体是一个完全不同的科学领域。”

导读：中智科仪（北京）科技有限公司最近成功自主研发出STC810八通道数字延迟脉冲发生器，该产品以10ps延迟精度和35ps超低抖动性能脱颖而出，打破了国外技术垄断，为我国高端科研仪器自主创新树立了里程碑。STC810拥有8个独立高精度延时通道，采用了软件、触屏和旋钮操控模式相结合，同时配备多功能接口以适应多元化需求。这一技术突破填补了国内关键设备空白，极大提振了我国自主创新信心。STC810的成功为我国科技自主发展树立了榜样，鼓舞着更多企业积极从事科技创新，共同推动我国科研装备产业向更高层次迈进。正文：在当前信息化、智能化社会中，精准的时间和信号控制技术作为众多高科技领域发展的基石，在通信、雷达探测、医学成像等重要应用中发挥着不可或缺的作用。然而，在我国市场上，高端数字延时脉冲发生器这一关键设备长期以来被美国厂家的数字延迟脉冲发生器所主导。虽然国内部分企业也投入研发同类型产品，但在核心技术指标上，如延时精度与外触发抖动等方面仍难以达到与该厂家相媲美的水平。然而，为打破国际垄断局面，实现高端数字仪器设备国产化替代的目标，中智科仪（北京）科技有限公司的研发团队历经艰辛攻关，成功推出了自主研发的台式数字延迟脉冲发生器——STC810。这款专为科研工作者精心打造的产品，在性能和人机交互体验方面都取得了显著的进展。中智科仪自主研发的STC810八通道数字延迟脉冲发生器，内置八个独立可调延时输出通道，使用户能够轻松灵活地调节延迟时间、脉冲宽度以及频率等多种参数，以满足多元化应用场景需求。在核心性能方面，STC810以卓越的10ps延时精度挑战，同时将外触发抖动降低至35ps，达到了国际一流水准，充分体现了我国在该领域的自主研发实力和技术进步。STC810摒弃了传统的数码管显示模式，采用了先进的彩色触摸屏界面设计，大大提升了操作便捷性和直观性，使得实验过程中的参数设置更为高效、准确。通过自主研发的智能软件控制系统，STC810进一步简化了实验操作流程，无论是调整延迟、设置脉冲宽度还是频率，都能迅速响应，从而极大地提高了科研工作的效率。值得一提的是，STC810还具备分频处理功能，能在外部触发模式下实现70纳秒内的超短内置延迟，并支持低至0.25V的触发阈值，兼容上升沿和下降沿触发，同时适应高阻抗和低阻抗环境下的稳定运行。通过多功能输出端口的设计，确保了STC810能够在各种复杂的应用场景下发挥出色作用，真正实现了与国际标准比肩的精准同步延时能力。为了全面剖析“STC810”八通道数字延迟脉冲发生器的研发历程、技术创新及市场前景，我们特意与中智科仪（北京）科技有限公司的研发部负责人进行了一场深度对话，共同探讨了国产同类产品目前所遭遇的挑战以及蕴含的发展机遇。通过深入挖掘“STC810”的研发故事及其关键技术突破，我们揭示了这款产品如何成功应对国际竞争压力，实现对高端市场的突破，并为我国科研领域的自主可控提供了强有力的支撑，同时也展示了国产科学仪器在追求卓越性能与便捷操控上的不懈努力与创新成果。以下视频链接是与研发负责人探讨STC810数字延迟发生器发展历程与背后故事的对话：在与中智科仪研发负责人的深度对话中，我们共同追溯和剖析了STC810数字延迟发生器的研发历程及其背后的创新故事。这次互动使我们全面回顾了产品从设计构想到实际应用的发展历史，并深入体悟到其中所经历的曲折过程和取得的重大成就，从而深刻认识到创新道路上的挑战与突破对于产品研发的重要性。中智科仪在长期深耕时间分辨成像系统领域的基础上，为应对市场和技术挑战，以及降低潜在的供应链风险，自主研发了一款台式数字延迟脉冲发生器——STC810。这款产品源自公司核心相机技术中的时序控制功能扩展，不仅实现了对延时和脉冲宽度的高精度调节，还能够与镜头耦合型sCMOS相机及EyeiTS高速像增强模组完美融合，成为时间分辨成像系统不可或缺的核心组件。研发过程历经近五年的时间，团队在面对国内同类型技术空白、基础理论研究与算法层面相对薄弱的挑战时，以及在高科技竞争日益激烈的国际环境下的担忧中，决定主动出击，攻克关键技术难题。经过数年的持续努力，去年终于取得了突破性进展，成功研发出性能媲美国际先进水平的STC810。产品的核心亮点在于其外触发抖动达到了35皮秒的极低水平，远超国内市场上最优产品的500至800皮秒表现。同时，设备采用了先进的彩色屏幕显示技术，提供丰富全面的信息展示和便捷的操作体验，极大地提升了人机交互效果。展望未来，STC810同步时序控制器有着广阔的应用前景，可广泛适用于医学成像、激光雷达、时间分辨成像、量子精密测量、仪器触发与同步等多个尖端科技领域。这款自主知识产权的产品不仅彰显了中智科仪在高端科学仪器领域的研发实力，更预示着公司在国际市场上的强大竞争力，有望为中国乃至全球科研事业的进步作出重要贡献。图1 优于35ps外触发抖动图2 10ps延时精度图3 彩色触摸屏显示图4 数字延迟脉冲发生器经典应用以下视频链接是STC810分别在PC端软件/触屏操作/面板旋钮操作下的视频演示：以下链接是华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室借助中智科仪STC810数字延迟脉冲发生器用于等离子体诊断的时序系统控制的应用分享的文章：STC810数字延迟脉冲发生器用于等离子体诊断的时序系统控制-中智科仪（北京）科技有限公司 (cis-systems.com) 以下链接是上海交通大学航空航天学院光学精细成像实验室借助中智科仪STC810数字延迟脉冲发生器用于测试激光器触发与火焰动态拍摄的应用分享的文章：STC810八通道数字延迟脉冲发生器用于激光同步触发与火焰动态拍摄-中智科仪（北京）科技有限公司 (cis-systems.com)结论：通过深入听取研发工程师对STC810数字延迟脉冲发生器从最初构思到最终实现的全程回顾，以及分享的产品在开发过程中所遭遇的各种技术难关及其克服经历，结合当前我国高端设备自主研发所面临的挑战与机遇，我们有充分理由认为，国产数字延迟脉冲发生器未来的发展路径将尤为强调核心技术的自主突破、市场疆域的有力拓展和应用领域的深层次挖掘，具体体现在以下几个核心层面：1. 核心技术自主可控： 持续投入研发，提升脉冲产生、精确延时等关键技术的自主研发能力，实现核心部件和整机系统的全面自主可控。2. 高性能产品持续创新： 瞄准国际先进水平，研制更高精度、更稳定、更具灵活性和智能化的新型数字延迟脉冲发生器产品，满足不同行业领域对精密时序控制的高端需求。3. 应用场景不断拓宽： 不断探索并进入新的应用场景，如量子计算、超快激光、高速通信、粒子加速器等领域，提供定制化解决方案和服务。4. 市场竞争力增强： 通过技术创新与品质升级，提高国产设备在国内外市场的份额和影响力，积极参与国际竞争，树立国产品牌形象。5. 产学研深度融合： 加强与高校、科研院所及产业界的协同合作，推动科技成果快速转化，共同构建完善的产业链条，支撑行业的长远健康发展。

据麦姆斯咨询报道，近日，滨松光子（Hamamatsu Photonics）开发出全球首款太赫兹图像增强器。该产品具有实时无损成像能力，可应用于食品异物检测和人体扫描等领域。滨松开发的太赫兹图像增强器“THz-I.I.”这款图像增强器“THz-I.I.”是基于滨松多年来开发的成像技术。该公司表示，“THz-I.I.”具有高分辨率和快速响应等特点，允许对通过目标物体传输或从目标物体反射的太赫兹波脉冲进行实时成像。太赫兹波在电磁波中的位置“THz-I.I.”概述图像增强器是主要为星光下的夜视（弱光情况下的辅助视觉）而开发的一种图像增强管。典型的图像增强器包括将入射光转换为电子的光电阴极、放大电子的微通道板、将电子转换为光的荧光屏，所有这些都密封在真空管之中。通过选择光电阴极材料，可以将包括可见光和不可见光在内的入射光转化为电子，然后在真空中进行倍增。这使得能够对发光现象进行高速、高分辨率和高灵敏度成像。滨松一直在与丹麦技术大学（Technical University of Denmark）进行合作研究，以开发利用小型超材料天线将太赫兹波转换为电子的光电转换技术。这种光电转换技术应用于滨松的成像技术，在“THz-I.I.”输入窗口的内表面形成超材料天线。滨松还重新设计了天线结构，以提高将太赫兹波转换为电子的效率——电子在真空中被有效地倍增。太赫兹图像增强器“THz-I.I.”工作原理太赫兹图像增强器“THz-I.I.”主要参数滨松评论说：“我们已经成功开发了一种快速响应、高分辨率的太赫兹图像增强器——THz-I.I.，能够对穿过目标物体或从目标物体反射的太赫兹波进行实时成像。这种太赫兹图像增强器还可以通过改变天线设计以匹配所需的应用，从而对任何频段的太赫兹波进行成像。”该太赫兹图像增强器有望扩大无损检测的应用范围，例如：（1）食品生产中的异物（指甲和薄膜等）的快速在线检测，（2）使用传统的X射线检测技术通常很难检测到污染物。由于太赫兹波对人体无害，“THz-I.I.”也有望应用于安检领域的人体扫描仪，在火车检票口和活动场地入口处进行安全检查时，这将被证明是非常有效的人体扫描手段。在科学研究领域，“THz-I.I.”将用作获取太赫兹光束轮廓或调整太赫兹光学系统的工具。滨松说：“作为未来的目标，我们将继续推进‘THz-I.I.’具有更高的实际使用灵敏度，目标是在一年内开始交付该产品的样品。”

近日，在中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室在新一代超强超短激光综合实验装置上开展的超强太赫兹（Terahertz，THz）脉冲实验取得重要进展，以“Generation of 13.9-mJ Terahertz Radiation from Lithium Niobate Materials”为题在线发表于Advanced Materials。该成果由北京航空航天大学和上海光机所强场激光物理国家重点实验室，在张江实验室支持下协同中科院物理所、上海科技大学等单位合作完成，在新一代超强超短激光综合实验装置上实现了基于铌酸锂晶体的超强THz脉冲的能量新纪录13.9mJ。研究团队利用超强超短激光输出的30fs，1.2焦耳脉冲激光，基于倾斜波前技术，实验验证了低温冷却铌酸锂晶体可产生单周期13.9mJ极端强度THz脉冲，从800nm激光到THz的能量转换效率为1.2%，聚焦峰值电场强度约为7.5MV/cm。实验还表明，室温条件下，450mJ的泵浦激光可产生单脉冲能量为1.1mJ的THz脉冲，并观察到泵浦激光的自相位调制效应会导致晶体中的THz增益饱和。这项研究为基于铌酸锂晶体的亚焦耳级THz产生奠定了基础，并将激发极端强场太赫兹科学和应用领域的更多创新。图1 基于上海光机所新一代超强超短激光综合实验装置的铌酸锂太赫兹强源产生光路示意图。图2 铌酸锂太赫兹强源单脉冲能量半个世纪的提升历程。

▲图 | 太赫兹扫描隧道显微镜系统（来源：资料图）太赫兹，是介于远红外和微波之间的电磁波，具有光子能量低、穿透性好等特点，在高速无线通信、光谱学、无损伤成像检测和学科交叉等领域具备广泛应用前景，被誉为“改变未来世界的十大技术”之一。简单来看，太赫兹扫描隧道显微镜系统就是一个超快摄影机，只不过它要观察和拍摄的对象是分子和原子世界，并且拍摄的帧率在亚皮秒量级。对于非线性太赫兹科学来说，控制太赫兹脉冲的“载波包络相位”，即激光脉冲的载波与包络之间的关系至关重要，特别是用于超快太赫兹扫描隧道显微镜时。太赫兹载波包络相位移相器的设计和实现，在利用太赫兹脉冲控制分子定向、高次谐波生成、阈上电离、太赫兹波前整形等领域，均具备潜在应用价值。（来源：Advanced Optical Materials）1. 为调控太赫兹的载波包络相位提供新方案据介绍，王天武在中科院空天信息研究院（广州园区）-广东大湾区空天信息研究院担任主任和研究员等职务，研究方向为太赫兹技术。目前，其主要负责大湾区研究院的太赫兹科研队伍建设。该研究要解决的问题在于，常规探测手段只能得到静态的原子形貌图像，无法观察物质受到激发，例如经过激光辐照后的动态弛豫过程图像，即无法观察到激子的形成、俄歇复合、载流子谷间散射等过程，而这些机理的研究，对于凝聚态物理学包括产业化应用都非常重要。原因在于，这些动力学过程发生的时间尺度，往往都在皮秒量级，即万亿分之一秒的时间，任何普通调控手段均无法达到这一时间量级。利用飞秒脉冲激光技术，能显著提高扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope，STM）这一扫描探针显微术工具的时间分辨率。但是，目前仍受到多种因素的限制，比如样品和针尖制备困难、针尖的电容耦合效应、脉冲光引起的热膨胀效应等。太赫兹的脉冲宽度位于亚皮秒尺度，其电场分量可被看作一个在很宽范围内、连续可调的交流电流源。因此，将太赫兹电场脉冲与 STM 结合，利用其瞬态电场，即可作用于扫描针尖和样品之间的空隙，从而产生隧穿电流进行扫描成像，能同时实现原子级空间分辨率和亚皮秒时间分辨率。如前所述，太赫兹扫描隧道显微镜系统好比一个超快摄影机。但是，太赫兹电场脉冲和 STM 的实际结合过程，却并非那么简单，中间要攻克诸多难题。其中一个最基础的重要难题，在于太赫兹源的相位调控技术。太赫兹扫描隧道显微镜系统是利用太赫兹激发针尖尖端和样品之间的空隙，来产生隧穿电流并进行采样。不同相位太赫兹源的电场方向不一样，这样一来所激发的隧穿电流的方向亦不相同。根据不同样品施加不同相位的太赫兹源，可以更好地匹配样品，进而发挥系统性能优势，借此得到高质量光谱。因此，通过简单高效的途径，就能控制太赫兹脉冲的载波包络相位，借此实现对于隧道结中近场太赫兹时间波形的主动控制，同时这也是发展超快原子级分辨技术的必备阶段。通常，超短脉冲的载波包络相位，必须通过反馈技术来稳定。除少数例子外，比如用双色场激光等离子体产生的太赫兹辐射源，大多数商业化设备产生的太赫兹脉冲的载波包络相位都是锁定的，例如人们常用的光整流技术生成的太赫兹脉冲。多个太赫兹偏振元件组成的复杂装置，可用于控制太赫兹脉冲的载波包络相位。然而，鉴于菲涅耳反射带来的损耗，致使其插入损耗很大，故无法被广泛应用。另外，在太赫兹波段，大部分天然材料的色散响应较弱、双折射系数较小，很难被设计成相应的载波包络相位控制器件，因此无法用于具有宽频率成分的太赫兹脉冲。与天然材料相比，超材料是一种由亚波长结构衍生而来的、具有特殊光学特性的人工材料，其对电磁波的色散响应和双折射系数，均可进行人为定制。虽然超材料技术发展迅猛。但是，由于近单周期太赫兹脉冲的宽带特性，利用超材料对太赫兹脉冲的载波包络相位进行控制，仍是一件难事。为解决这一难题，王天武用超材料制备出一款芯片——即柔性太赫兹载波包络移相器，专门用于控制太赫兹脉冲的载波包络相位。该芯片由不同结构的超材料阵列组成，可在亚波长厚度和不改变太赫兹电场极化的情况下，实现对太赫兹载波包络相位的消色差可控相移，其对太赫兹脉冲的载波包络相位的相移调制深度高达 2π。相比传统的太赫兹载波包络相位移相器，该移相器具有超薄、柔性、低插损、易于安装和操作等优点，有望成为太赫兹扫描隧道显微镜系统的核心部件。近日，相关论文以《基于超材料的柔性太赫兹载波环移相器》（Flexible THz Carrier-Envelope Phase Shifter Based on Metamaterials）为题发表在 Advanced Optical Materials 上，李彤和全保刚分别担任第一和第二作者，王天武和空天信息创新研究院方广有研究员担任共同通讯作者。▲图 | 相关论文（来源：Advanced Optical Materials）审稿人认为：“此研究非常有趣、简明扼要，研究团队完成了一套完备的工作体系。该芯片的设计和实现，为调控太赫兹的载波包络相位提供了新的解决方案。”2. 建立国际领先的太赫兹科学实验平台据介绍，王天武所在的研究院，围绕制约人类利用太赫兹频谱资源的主要科学问题和技术瓶颈，致力于形成一批引领国际的原创性理论方法和太赫兹核心器件技术，以建立国际领先的太赫兹科学实验平台。他说：“太赫兹扫描隧道显微镜是我们院的一大特色，该设备摒弃了此前施加电压的方式，以太赫兹为激发源，去激发探针尖端和样品之间的间隙，从而产生隧穿电流并进行成像。相关技术在国内属于首创，在国际上也处于领先水平。”在诸多要克服的困难中，太赫兹载波包络相位的调制便是其中之一。入射太赫兹的相位大小对激发的隧穿电流的幅值、相位等信息影响甚大，是提高设备时间和空间分辨率必须要解决的重要问题之一。由于设备腔体比较长，并且腔体内部为高真空环境，与外界空气是隔绝的。传统的太赫兹相位改变方式比较难以实现，因此需要研发新型的相位调制器件。而该课题立项的初衷，正是希望找到一种结构简单、但是对太赫兹载波包络相位调制效率高的方法和装置，以便更好地服务于太赫兹扫描隧道显微镜系统。在文献调研的初始阶段，该团队商定使用超材料来制作太赫兹相位调制器。具体来说，其利用特定的金属分裂环谐振器的几何相位、以及共振相位，来控制太赫兹脉冲的载波包络相位值。之所以选择金属分裂环谐振器作为基本相控单元，是因为在一定条件下，它对太赫兹具有宽谱响应。当任意方向的线偏振波与谐振器耦合时，入射电场分量可映射到平行于谐振器对称轴和垂直于谐振器对称轴，借此可以激发谐振器的对称本征模和反对称本征模。此时，通过改变金属分裂环谐振器的几何相位和共振相位，散射场的某一偏振分量的电场相位会相应延迟，大小可以轻松覆盖 0-2π。但是，由于存在电偶极子的双向辐射，导致金属分裂环谐振器存在明显的反射和偏振损耗。为此，课题组引入了一对正交的定向光栅，利用多光束干涉的方式解决了谐振器插入损耗大的问题。随之而来的另一难题是，由于正交光栅的存在，导致入射波和透射波之间的电场偏振始终是垂直的，在太赫兹扫描隧道显微镜系统的工作中，这是不被允许的。好在样品均是由互易材料制成的，于是这一问题很快迎刃而解。随后，该团队采用常规紫外光刻、电子束沉积以及聚酰亚胺薄膜上的剥离技术，制备出相关样品，并利用太赫兹时域光谱系统，对所制备的样品性能进行表征。当入射的太赫兹脉冲，依次被样品中不同的微结构阵列调制时，研究人员通过太赫兹时域光谱测量，清晰观察到了太赫兹脉冲的时间波形的变化，且与仿真结果十分吻合。此外，课题组还在广角入射和大样品形变时，验证了该样品的鲁棒性。总而言之，该成果为宽带太赫兹载波包络相位的控制，提供了一种新型解决方案，并在不改变太赫兹电场极化的情况下，利用“超材料”在亚波长厚度的尺度上，实现了针对宽带太赫兹载波包络相位的消色差可控相移。关于这一部分成果的相关论文，也已发表在《先进光学材料》期刊。（来源：Advanced Optical Materials）据介绍，此次芯片能把太赫兹的相位最高移动至 2π 大小，并且具有大的光入射角度和良好的柔韧性等优点，在太赫兹扫描隧道显微镜系统，以及其他相关领域有较高的应用价值。但是，该芯片目前仍存在一个缺点，即无法做到太赫兹载波包络相位的连续调制。这是由于，采用的金属分裂环谐振器是单次加工制成的，所能调制的几何相位和共振相位已经确定，无法再被人为改变。因此，使用过程中只能通过加工特定结构的芯片，来实现所需相位的调制。未来，该团队打算将当下比较热门的二维材料、相变材料、液晶材料等材料集成到芯片中，这些材料的优势在于光学性能可被人为改变。同时，其还将综合电、光、热等手段，实现金属分裂环谐振器几何和共振相位的主动控制，从而实现对太赫兹脉冲的连续载波包络相位调制。此外，课题组也会继续优化微加工工艺和原料制备流程，进一步提升芯片的综合性能指标，比如器件的低插入损耗、高工作带宽等，同时也将降低制造成本，以便后续的产业化推广。

1. 太赫兹技术太赫兹（Terahertz，THz）又称远红外波，被评为“改变未来世界的十大技术”之一，其频率位于0.1 THz至10 THz，如图1所示。从能量辐射角度，太赫兹辐射能量介于电子与光子之间，在无线电领域被称为亚毫米波，在光学领域通常被命名为远红外辐射。太赫兹波段两侧的微波与红外波段技术研究已经非常成熟，且得到了广泛应用。然而，由于太赫兹源的功率强度和太赫兹接收器的探测灵敏度落后于邻近的微波和红外波段，一定程度上限制了太赫兹技术发展，使得该频段很长一段时间被称为“太赫兹间隙”。从本世纪八十年代中期以来，伴随着物理学超快激光技术的发展，太赫兹源越来越强大，探测器也越来越灵敏，太赫兹技术得以迅猛发展。太赫兹时域光谱技术、太赫兹成像技术以及利用非线性效应产生大功率太赫兹是其中为数不多的重大突破，将太赫兹研究推向了中心舞台。太赫兹技术在无极性非金属材料检测方面明显优于传统方法，而且比其他方法有更高的时间分辨率，极大促进了太赫兹技术在无损检测领域应用。图1 THz波频谱分布2. 太赫兹时域光谱系统依据太赫兹波源类型差异，太赫兹检测技术可分为脉冲型和连续型。连续型太赫兹成像系统效率较高，但其频谱宽度较窄且缺乏时间信息。这促使脉冲型太赫兹时域光谱（Terahertz-time domain spectroscopy, THz-TDS）技术成为无损检测与分析领域的“舞台新星”。该技术具有以下独特优点：（1）相干性：由于光电导与光整流产生太赫兹脉冲的独特机制，使得其单色性较好，具有极强时间与空间相干性，太赫兹脉冲的相干长度甚至可以达到ns量级。这一特性使太赫兹相干测量技术得以实现。（2）强穿透性：太赫兹的穿透性与物质的颜色等物理性质无关，仅仅取决于物质的极性，太赫兹无法透过极性物质，而对于纸张、陶瓷以及涂层等非极性材料，太赫兹对绝大部分非极性物质具有极强的穿透性，其透过非极性物质时能量衰减极小。（3）低能性：相较于物质中各种化学键的键能，1 THz单光子能量远低于键能，一般仅仅为4.1 meV，不会引起物质发生电离作用，也就不会导致被测物质损伤，从而保证了该技术的安全性。（4）瞬态性：太赫兹脉冲时间宽度通常仅为皮秒量级，甚至能达到亚皮秒量级，可以用于材料的超快过程研究。（5）特征指纹性：脉冲太赫兹辐射的频谱范围从数百GHz到几THz，而许多生物大分子的振动和转动能级、以及半导体和超导材料的声子振动能级均落在太赫兹频段。分子振动和转动能级在太赫兹频段往往具有独特的吸收峰，这种独特的吸收特性使得每种物质拥有独一无二的指纹吸收谱。因此，特征指纹性使得太赫兹技术在光谱分析和物质识别等方面具有得天独厚的优势和广阔的应用前景。太赫兹时域光谱系统检测原理，如图2所示。图2 太赫兹时域光谱系统原理飞秒脉冲激光器产生飞秒脉冲激光，脉冲激光在光纤中传输会产生色散、偏振以及非线性效应等，这些现象均会对脉冲品质产生不利影响。在光纤中传输后的飞秒脉冲激光首先需要进行色散补偿，再由偏振分束镜将飞秒激光分为探测光和泵浦光两束，探测光将会直接照射在用于探测的光电导天线上，另一束泵浦光先汇聚在太赫兹发射器上并通过光电导天线两侧的偏置电压产生THz脉冲。最后用准直透镜和非球面聚焦透镜对THz脉冲聚焦后，将THz脉冲准直聚焦照射在待测样品上，携带样品信息的THz信号再次经过分束器的反射后返回太赫兹探测器，光电导天线检测器上的探测光通过测量THz电场的变化来获得微弱的电流信号，该电流信号经过锁相放大等操作后转化为THz时域信号波形，最后计算机通过A/D转换器等效采样收集获得样品的THz检测信号。3. 太赫兹无损检测技术研究进展由于太赫兹技术的安全性、高分辨率和无接触非破环性等优点，在无损检测领域备受关注，该技术在检测领域主要可分为以下两个方面：（1）缺陷成像太赫兹（Terahertz, THz）成像技术在许多领域被视为最前沿技术之一，在无损检测中取得了巨大进步。中国矿业大学范孟豹教授课题组在THz成像取得了相关研究进展。2020年，该团队基于时域有限差分数值模型模拟了热障涂层不同脱粘缺陷情况下的太赫兹信号，基于支持向量机方法实现了缺陷自动辨识。同年，发表了太赫兹成像技术进展综述论文。2021年，团队分析了太赫兹图像乘性噪声产生机理，提出基于同态滤波的THz图像增强模型，消除了太赫兹图像局部伪影，提高了图像的边缘强度。同年，课题组结合蜂窝材料纹理提出了新型滤波算子，称为苯环算子，消除了边缘与高斯-泊松噪声在高频混叠现象，提高成像质量。同时，撰写了THz超分辨率成像系统与信号处理技术综述论文。图3 苯环算子去噪方法（2）参数检测参数测量是表征材料服役与状态关键一环，在无损检测行业中备受关注。White首次使用反射式THz时域光谱系统对热障涂层厚度进行检测，但在其研究中取热障涂层折射率为固定经验值，并不能适用不同制备工艺条件和所有服役工况下的热障涂层；Fukuchi提出定位THz反射信号的三个反射峰，通过朗伯比尔定理获得了热障涂层的折射率，该方法需要THz信号的反射峰，不适应于薄涂层与多层结构的涂层。Krimi等人利用广义的Rouard模型来模拟任意多层薄膜内的太赫兹波与物质的相互作用，然而其使用的遗传优化算法存在收敛速度慢、控制变量较多等问题。近年来，随着人工智能方法快速，发展太赫兹与机器学习相结合参数测量方法应用广泛。中国矿业大学范孟豹教授课题组在参数测量方面取得了相关研究进展。2020年，范孟豹教授团队构建了多层涂层太赫兹信号解析模型，提出了基于全局优化算法减小实验与仿真信号间残差，反演出涂层厚度与折射率参数。2021年，课题组提出了差分进化自适应教与学优化算法，平衡全局与局部寻优能力，准确求解出热障涂层材料参数。同年，课题组针对Fuhucki方法需要手动定位反射的问题，提出了将长短时记忆神经网络与太赫兹技术相结合，完成了时域信号中多反射峰自动定位，实现热障涂层厚度与折射率在线测量。2022年，团队从THz参数测量机理出发，分析出折射率测量需要频域信息，据此开展了小波时频研究，并基于卷积神经网络建立了时频图与厚度、折射率间数学映射。同年，团队提出了全新的THz参数测量视角，深入探究了THz波与热障涂层间作用机理，发现了THz信号前两反射峰携带了测厚关键信息，阐述了实验与仿真信号在峰值处吻合度高的原因。据此，提出了基于模型驱动的THzResNet网络新结构，形成了可解释网络框架，最终实验结果表明THzResNet能够准确预测出热障涂层厚度，测量误差小于1%。图4 多反射峰自动定位方法图5 THzResNet新结构4. 总结随着材料科学技术进步，非金属材料应用逐渐广泛，使得具有非接触、非电离、波长短等优点太赫兹技术必将成为无损检测行业新星，解决缺陷成像与光学参数测量的行业痛点问题。作者简介范孟豹，博士，教授，博士研究生导师，机器人工程系主任，专业负责人，入选江苏省六大人才高峰资助计划。2009年6月毕业于浙江大学控制科学与工程专业，获工学博士学位，2015年1月至2016年1月在英国Newcastle University大学做访问学者。主要研究方向为智能机器人感知理论及应用研究。作为项目负责人，主持国家自然基金项目3项、JKW基础加强项目子课题、“863”计划子课题、江苏省自然科学基金面上项目、高等学校博士学科点专项科研基金新教师项目、国家博士后科学基金特别资助项目、国家博士后科学基金面上项目等项目，承担各类项目近30项。在国内外期刊及学术会议上发表SCI收录论文50余篇、EI收录10余篇。申请国家发明专利40余项，授权发明专利25项，出版专著1部。获国家安全生产监督管理总局科技进步一等奖、浙江省科技进步三等奖、中国腐蚀与防护学会一等奖等省部级奖励3项。担任科技部重点研发项目评审专家、教育部和浙江省科技奖励评审专家、国家自然科学基金项目函评专家、重庆与江西省基金项目评审专家，担任IEEE Transactions on Industrial Informatics、IEEE Transactions on Industrial Electronics、Mechanical Systems and Signal Processing、IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement、NDT&E International、Measurement、IEEE Sensors Journal、机械工程学报、中国机械工程等30多个期刊审稿人。欢迎对太赫兹检测技术有兴趣的同行通过邮件联系：wuzhi3495@cumt.edu.cn。近三年课题组与太赫兹检测技术相关的学术论文：(1) 参数测量[1] Binghua Cao, Mengyun Wang, Xiaohan Li, Mengbao Fan, et al. Accurate thickness measurement of multilayer coatings on metallic substrate using pulsed terahertz technology. IEEE Sensors Journal, 2020, 20(6): 3162-3171.[2] Fengshan Sun, Mengbao Fan, Binghua Cao, et al. Terahertz based thickness measurement of thermal barrier coatings using long short-term memory networks and local extrema[J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2022, 18(4): 2508-2517.[3] Fengshan Sun, Mengbao Fan, Binghua Cao, et al. THzResNet: A physics-inspired two-stream residual network for thermal barrier coating thickness measurement [J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2022, Early Access.[4] 孙凤山, 范孟豹, 曹丙花, 等. 基于时频关键信息融合的热障涂层太赫兹准确测厚方法. 机械工程学报, 2022. (录用).[5] 曹丙花, 郑德栋, 范孟豹, 孙凤山, 等. 基于太赫兹时域光谱技术的多层涂层高效可靠测厚方法[J]. 光学学报, 2022, 42(01): 127-137.(2) 缺陷成像[1] Binghua Cao, Enze Cai, Mengbao Fan. NDE of Discontinuities in thermal barrier coatings with terahertz time-domain spectroscopy and machine learning classifiers[J]. Materials Evaluation, 2021, 79(2) :125-135.[2] 曹丙花, 李素珍, 蔡恩泽, 范孟豹, 淦方鑫.太赫兹成像技术的进展[J]. 光谱学与光谱分析, 2020, 40(09): 2686-2695.[3] 曹丙花, 张宇盟, 范孟豹, 孙凤山, 等. 太赫兹超分辨率成像研究进展[J]. 中国光学, 2022, 15(03): 405-417.[4] 孙凤山, 范孟豹, 曹丙花, 等. 基于几何纹理与Anscombe变换的蜂窝材料太赫兹图像降噪模型[J]. 机械工程学报, 2021, 57(22): 96-105.[5] 孙凤山, 范孟豹, 曹丙花, 等. 基于混沌映射与差分进化自适应教与学优化算法的太赫兹图像增强模型[J]. 仪器仪表学报, 2021, 42(04): 92-101.

p style="text-indent: 2em text-align: justify "太赫兹波又称远红外波，曾被评为“改变未来世界的十大技术”之一，它是电磁波段中最后一段未被人类充分认识和应用波段。由于频率高、脉冲短、穿透性强，且能量很小，对物质与人体的破坏较小，所以与X射线相比，太赫兹成像技术和波谱技术更具优势，在空间探测、医学成像、安全检查、宽带通信等方面具有广阔的前景。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "7月7日，太赫兹技术（大同）研究院、大同东华科技有限公司在山西省大同市正式揭牌成立，为大同转型发展蓄势赋能。山西省委常委、大同市委书记张吉福，大同市市长武宏文，山西省投资促进局党组书记、局长杨春权及两大平台相关负责人进行揭牌。/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 537px height: 356px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/03fdaf1d-fe27-44c3-be23-ef3886ecd362.jpg" title="88ca67ee0af44026a65ab96cdb949524.jpg" alt="88ca67ee0af44026a65ab96cdb949524.jpg" width="537" height="356"//pp style="text-indent: 2em text-align: justify "据了解，太赫兹技术（大同）研究院是大同聚力建设12大科技创新平台的重要平台之一，主要由毫米波与太赫兹技术北京市重点实验室和毫米波太赫兹产业发展联盟组建；大同东华科技有限公司的总部东华软件股份公司成立于2001年1月，以应用软件开发、计算机信息系统集成、信息技术服务等为主要业务，拥有千余项自主知识产权的软件产品。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "武宏文表示，大同将致力把太赫兹技术（大同）研究院打造成一流的国家级研究院。同时，大同将与大同东华科技有限公司在高端制造、信息技术应用、大数据等领域进行深度合作，加强技术研发、加快成果转化、加速产业孵化，着力打造大同成功转型的“四梁八柱”。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "据悉，大同近年来启动建设了大同市国际能源革命科技创新园，引进了12大科技创新平台，集聚了28名两院院士、77名高科技领军人才，转化落地了太赫兹技术测温安检门、煤矿废弃巷道压缩空气储能等一大批高科技转型项目，推动大同发展步入创新驱动快车道。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "揭牌仪式上，杨春权表示，全省投资促进系统将以项目招商、落地为核心，坚持“项目为王”理念，精准招商，为大同项目落地投产见效提供全方位“保姆式”服务。/p

近年来，随着国际恐怖主义的扩散和世界性灾害的发生，防恐、减灾、构建安全的现代社会已成为世界共同的紧要课题。欧、美等发达国家对利用太赫兹辐射波技术给予了很大的关注。　　在欧洲，政府和企业围绕太赫兹技术的广泛应用，加强产学研合作的研发日益活跃。2000年以后，在欧洲第五、第六研究开发框架计划(Informationt Society Technologies，IST)的有关项目里，围绕太赫兹波段医疗、通信技术应用的研究非常活跃。英国在2000-2003年开展了WANTED(Wireless Area Networking of Terahertz Emitters and Detectors)项目研究，开发了l-10太赫兹的广域半导体振动器和检波器,研讨Tbps级WAN的可能性 同一时期,英国还开展了TERAVISION(Terahertz Frequency Imaging Systems for Optically Labeled Signals)项目,开发应用高功率、小型近红外短脉冲激光的小型医用太赫兹脉冲成像装置,并通过风险企业TeraView取得了产业化进展。法国在2001-2004年实施NANO-TERA项目(Ballistic Nanodevices For Terahertz Data Processing),研究太赫兹波段信号处理装置。瑞典在2002-2004年开展了SUPER-ADC(A/D converter in superconductor-semiconductor hybrid technology)项目研究,旨在实现高温超导体和半导体混合的超高速AD转换器。　　近年来，以美国防高级研究计划署DARPA等为中心,积极推进以国防为主要目的尖端技术开发和超高速电子领域的相关项目研究。如开展TIFT(Terahertz Imaging Focal-plane-array Technology)项目研究,开发安全应用方面的小型高感度太赫兹感测系统。2003-2006年进行TFAST(Technology for Frequency Agile Digitally Synthesized Transmitter)项目研究,开发高速通信、定相整列天线发射机(phased-array antena)的数字化应用超高速IC。从2005年开始实施SWIFT(Submillimeter Wave Imaging FPA Technology)项目,开发安全防卫用的成像应用亚毫米波FPA组合装置。美国已有超过10家企业在太赫兹波相关产品的开发方面取得进展。如Picometrix公司开发的宇宙飞船外壁薄板内部缺陷检查用太赫兹成像系统已在美国国家宇航局NASA投入使用。Physical Sciences Inc.、波音等公司也积极进行太赫兹波在安全领域应用的研究开发。（2005年9月20日）

太赫兹技术属于一种新型无损检测技术，能够对某些组件及表面进行无损测试分析。但是这种检测装置，尤其是传感器探头，不仅价格昂贵，而且相当笨重。　　现在，来自于德国弗劳恩霍夫协会的研究人员已经成功研制出一种非常紧凑、简单的传感器探头，其成本也因此变得更低，装置操作也变得更加容易。他们设计的第一种传感器探头原型已经被用于在塑料管的生产线上检测管壁的厚度。此外，这种装置还非常适用于分析纤维复合材料上的涂层等。　　这种新型传感器探头将会于2016年4月25至29日在德国汉诺威工业博览会上进行展出。　　十多年以前，当人们谈论最多的还都是人体扫描仪的时候，太赫兹技术就被视为“下一个大事件”。科学家们希望利用太赫兹辐射技术研发出一种能够用于材料测试与分析方面的测量体系 虽然人们对于太赫兹技术一直都抱有很大的期望，但太赫兹技术并没有取得人们所期待的进展。与传统的无损检测技术相比，例如X射线检测、超声检测等，太赫兹技术成本太高，装置笨重、不灵活。　　搭配新型传感器探头的测量体系　　现在，德国柏林的弗劳恩霍夫海因里希赫兹研究所在太赫兹技术方面取得了一项巨大的进步。由该研究所里Thorsten G?bel领导的太赫兹技术研究小组已经成功的研制出了首例标准太赫兹设备，而且成本更低，操作更为简便。　　弗劳恩霍夫海因里希赫兹研究所激发太赫兹辐射的原理是基于一种光电方法 通过使用一种特殊的半导体，激光脉冲被转换成太赫兹电脉冲。而以前太赫兹技术一直没有取得实质性成功的原因主要就在于这种特殊半导体需要具备一些特殊的性质。　　“我们研制出了一种半导体材料，能够被波长为1.5微米左右的激光刺激，” G?bel说道：“在光通信领域中，这是一种标准波长，这也是为什么市场上有那么多廉价但高质量的光学组件和激光器”。　　但是，要研制出一种能够用于材料测试方面，且成本较低、操作便利的太赫兹体系仍然存在一个大障碍——迄今为止，用于扫描待测试组件的传感器探头太大而且非常笨重，并不便于使用。原因是太赫兹发射器和接收器是两个独立的组件，必须要精确的安装在套管里。这种排列的主要缺点在于测试样品只能在一个角度上进行测量。因此，测试对象必须准确的位于接收器和发射器的焦点上，这样经样品由发射器发出的太赫兹信号才会显示在接收器上。如果传感器探头和样品之间的距离发生了变化，例如发生轻微震动等，测量都会变得更加困难。　　如今，研究人员制造了一个能够同时发射和接收信号的集成芯片，这使得操作距离可以更加灵活。人们将发射器和接收器“打包”成一个收发器，并置于一个直径只有25毫米，长度只有35毫米的简易传感器探头内部。　　研究人员将太赫兹辐射中的发射单元与接收单元“打包”置于一个直径只有25毫米，长度只有35毫米的简易传感器探头内部　　塑料管的壁厚检测　　这种太赫兹传感器体系目前已经被一些制造厂商用于塑料管材的生产监测，这些传感器能够直接在生产线上检测塑料管壁的厚度 这项检测在生产过程中也是非常重要的，管壁太薄，塑料管就会变得非常不稳定 管壁太厚，无疑会浪费许多宝贵的原材料。　　直到现在，塑料管生产线上一般都是采用超声检测体系。但超声检测不能准确的在空气中进行测量，通常需要用到水等耦合剂来起到超声传感器探头和塑料管材之间的耦合介质作用。正是由于这个原因，接近250℃的塑料管材必须通过水箱，才能完成检测。此外，超声检测技术并不能有效检测由不同材料层构成的所谓的智能管材。　　纤维增强复合材料上的涂层检测　　这种新型太赫兹传感器探头的另一个应用是验证纤维增强复合材料上的油漆以及涂料等。　　人们能够利用涡流检测技术对一些金属基材料进行检测，例如在汽车行业中对金属薄片进行检测 但是涡流检测技术并不适用于导电性不好的纤维复合材料。“因此，随着复合材料在汽车、航空、航天以及能源等领域内的应用越来越广泛，人们迫切的需要一种可靠的检测方法”，G?bel说道，而这种新型太赫兹传感器探头可以解决这个问题。　　虽然这种新型的太赫兹传感器体系来自于廉价的标准光学元件，可它目前的价格仍然高于一些超声检测装置，但是，G?bel预测，在不久的将来，随着逐步批量生产，其价格肯定会大幅降低。考虑到这种检测方法的优势及其目前的研究进展，G?bel相信太赫兹技术在未来几年将会取得更多的成功，很快成为一种成熟的无损检测手段。译自：sciencedaily

三宝兴业(微视凌志)成为瑞士Rainbow Photonics品牌太赫兹系列产品中国区代理　　2012年2月27日，北京三宝兴业(微视凌志)视觉技术有限公司与瑞士Rainbow Photonics公司签署了代理合作协议，正式成为其太赫兹系列产品的中国区代理。　　太赫兹作为一个电子学向光子学过渡频段，其频段覆盖大分子的转动和振动频率，是有待全面研究的一个频率窗口，成为近年全球的科研热点。　　频率：0.1THz –10 THz( 0.03 mm – 3 mm)　　瑞士Rainbow Photonics成立于1997年，是世界一流的太赫兹成像与光谱产品生产商，其销售产品为瑞士联邦工学院非线性光学实验室的科研成果。三宝兴业(微视凌志)，作为国内资深图像处理企业，自2003年成立以来，主营业务是以代理销售国际知名厂商的图像处理产品为主，成立近10年来，不断扩展其代理产品线，此次代理瑞士Rainbow Photonics品牌，将为广大中国科研用户在太赫兹研究领域带来福音，并提供更加本土化的技术支持。　　若您对Rainbow Photonics太赫兹产品感兴趣，可致电北京三宝兴业(微视凌志)010-51262828-6603或wuxl@mvlz.com咨询。　　公司简介：　　　　瑞士Rainbow Photonics产品线涵盖实验室级太赫兹时域光谱系统(TeraKit-Transmission- TeraKit-Reflection)、最新太赫兹成像与光谱系统(TeraImage)、太赫兹一体化系统(TeraSys 4000)、基于高效有机电光晶体(OH1，DAST，DSTMS)的太赫兹产生器与探测器、高质量KNbO3 晶体、全固态近红外飞秒激光器等。广泛应用于实验室中进行的生物医学成像、安全检查、无损探伤、爆炸物探测等研究领域，客户遍布美、英、法、德、日等国家。TeraSys 4000TeraIMAGE　　　　北京三宝兴业(微视凌志)科学部自2007年成立以来，一直致力于国际顶尖科研级产品的推广工作，宗旨是为中国广大的科研工作者提供优质服务,专业的硕博技术人员随时为您解答疑问产品及应用中的问题，可保障您的工作进展更顺畅。目前，代理品牌及产品主要有Princeton Instruments(科研级制冷CCD,光栅光谱仪)、e2v(科研级芯片)、Light conversion(飞秒激光器)、Advanced Research Systems(低温制冷设备)、B&W TEK(便携式光谱仪)、Ludl Electronic Products (显微纳米位移台)、Femto(电流、电压放大器、锁相放大器)、Quantum(时序脉冲发生器)、Scientech(激光功率计、能量计)、Delta(滤光片)、Frankfurt Lasers(固体激光器、激光二极管)，Rainbow Photonics (太赫兹产品)等。

p　　中国科学技术大学教授陆亚林量子功能材料和先进光子技术研究团队在太赫兹主动调控器件研究方面取得系列进展。该团队研究了太赫兹波与超构材料、氧化物超晶格薄膜相互作用机制，并成功制备了超快的太赫兹调制器，率先实现了皮秒级的高调制深度的太赫兹超快开关 同时制备了多功能的太赫兹器件，在单一器件中实现电开关、光存储和超快调制多种功能。相关研究成果近期相继发表在国际学术期刊《先进光学材料》。/pp　　太赫兹波具有独特的时域脉冲、低能、谱指纹、宽带等特性，它在物理化学、材料科学、生物医学、环境科学、安全检查、卫星通讯等领域有着广阔的应用前景。其中，影响太赫兹技术发展和应用的关键因素之一是难以获得主动太赫兹调控元器件。超构材料，一种由金属或介质材料的亚波长微结构阵列组成的人工材料，其奇异的电磁响应特性为太赫兹调控器件提供了绝佳的解决方案。遗憾的是，以往基于超构材料的太赫兹元器件均由金属材料构成，加工尺寸固定后，器件的功能在实际应用中便难以主动改变。因此，发展主动调控的太赫兹元器件有着重要的研究意义。/pp　　通常主动调控是对太赫兹波偏振、振幅、相位等进行调控，调控速度是另外一个指标。一些实际应用也迫切需求对太赫兹波进行超快调控。陆亚林团队设计并制作了基于硅介质的超快调控超表面。通过对硅薄膜进行离子注入和快速热处理工艺，大大减小了硅的载流子寿命并提高了自由载流子浓度。然后通过光刻、刻蚀工艺将硅薄膜加工为能在太赫兹波段共振的圆盘阵列结构的超表面。利用红外飞秒脉冲的激发，率先实现了皮秒级的高调制深度的太赫兹超快开关(开20ps，关300ps)，并基于半导体载流子动力学建立理论模型对其进行了合理的解释。相关研究成果近日在《先进光学材料》期刊上线。/pp　　另外，当前研究的太赫兹主动调控器件功能比较单一，即只能在单一外场下实现单一的功能。但单一功能难以适应当今技术发展的要求。因此，在单一器件上，实现多物理场的调控，并实现对太赫兹波的多功能调控，是当前太赫兹技术的发展前沿之一，也是实际应用的现实需求。有鉴于此，该团队基于VO2的绝缘-金属相变，通过将VO2与金属非对称开口谐振环结合，设计了一种太赫兹波段的多功能可调谐复合超表面，并利用国家同步辐射实验室副研究员邹崇文提供的高质量VO2薄膜，通过刻蚀、光刻等工艺制备了器件。此复合超表面能够通过加热和施加电流的方式实现对透射太赫兹波的振幅调控，绝对调制深度高达54%，品质因数高达138%。基于VO2在相变过程中的回滞特性，该复合超表面可以通过电流触发实现室温下对太赫兹波的记忆存储功能。此外，利用超快强脉冲泵浦，此复合超表面还能实现对太赫兹波的超快调控。从而，在单一器件实现了对太赫兹波的多功能调控。相关研究成果近日在《先进光学材料》期刊上线。/pp　　此外，很多材料在太赫兹波段的响应仍是未知的，而只有研究清楚了各类材料与太赫兹波相互作用的特性，设计主动太赫兹器件才能有迹可循。该团队利用自行搭建的两套太赫兹系统测量并分析了量子功能材料与太赫兹波的相互作用。重点研究了不同周期数的La0.7Sr0.3MnO3/ SrTiO3超晶格薄膜的太赫兹响应，发现了532 nm连续激光的泵浦对此超晶格在太赫兹波段的介电常数具有较大的调控作用，并通过Drude-Lorentz模型的拟合对此现象进行了微观机理的解释，这为寻找新的可用于太赫兹主动调控器件的功能材料开辟了新路径。相关研究成果发表在《光学快讯》[Opt. Express. 26, 7842 (2018)]上。/pp　　上述论文的第一作者为合肥微尺度物质科学国家实验中心博士研究生蔡宏磊，通讯作者为黄秋萍、陆亚林。该工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中科院和教育部等关键项目的资助。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/2420c70a-1699-4d09-9881-605198df6544.jpg" title="1.png"//pp style="text-align: center "硅介质超表面器件示意图以及其对太赫兹波超快调控的实验结果/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/c2bbe902-a857-47af-9110-dac15eec004e.jpg" title="2.png"//pp style="text-align: center "金属-VO2复合超表面器件示意图及其电开关、光存储功能的实验结果/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/d4a3ee1d-337a-4aa6-812d-3a05c3fe2e87.jpg" title="3.png"//pp style="text-align: center "La0.7Sr0.3MnO3/ SrTiO3超晶格薄膜在太赫兹波段的介电常数和激发光功率关系/ppbr//ppbr//p

近日，美国布朗大学物理系的Angela Pizzuto等人完成了第一个使用蓝光的扫描近场显微镜的实验演示。通过410纳米的飞秒脉冲，研究人员直接从体硅中产生太赫兹脉冲，以纳米级的分辨率进行空间分辨，这些信号提供了使用近红外激发无法获得的光谱信息。他们开发了一个新的理论框架来解释这种非线性相互作用，使得材料参数的精确提取成为可能。这项工作为使用扫描近场显微镜方法研究技术上相关的宽带隙材料建立了一个可能的新领域。上世纪90年代中期，散射型扫描近场光学显微镜（s-SNOM）的出现，改变了亚波长光学领域。这种技术涉及到将电磁辐射耦合到一个尖锐的亚波长金属尖端，并随后在远场测量从该尖端-样品交界处散射的辐射。在过去的十年里，这种近场测量的方法在光谱的红外和太赫兹区域产生了显著的影响。基于孔径的亚波长光谱学方法是具有挑战性的，随着波长的增加，入射波与金属尖端的耦合变得更容易，而空间分辨率仍然受到尖端尺寸的限制。关于短波长辐射与纳米级尖端的耦合是一项艰巨的任务，阻碍了对重要的宽带隙材料的纳米级研究，如硅和氮化镓等。这些材料已经用低于带隙的激发方式在近场进行了线性光学研究。将纳米级的非线性光学方法应用于其他材料已比较成熟，但由于将该方法应用于这些高度相关的材料系统一般需要更高的能量光激发，至今还没有实现。布朗大学的Angela Pizzuto等人描述了一个入射光子能量超过3eV的扫描近场光学显微镜测量。使用410纳米的飞秒脉冲，研究人员照亮了一个锋利的金属原子力显微镜（AFM）尖端，并通过二阶非线性光学过程诱导来自几种不同材料的太赫兹发射，以实现具有纳米级空间分辨率的激光太赫兹发射显微镜（LTEM）。由于宽直接带隙以上的双光子激发，泵浦光子的高能量使大块晶体硅的强太赫兹发射成为可能。激光太赫兹发射显微镜的特性导致了对光学对准的要求大大放宽；传统的线性扫描近场光学显微镜使用纳米尖来限制入射波，这种聚焦短波长辐射在纳米尖下的精确对准实际上是有挑战性的。在实验中，通过对一小部分的宏观光生太赫兹偶极子的外耦合，可以获得纳米级的分辨率，研究人员首次实现了在扫描近场光学显微镜中使用紧密聚焦的蓝光。他们得到了第一个硅的近场激光太赫兹发射显微镜图像，并将结果与太赫兹扫描近场光学显微镜通过尖端的太赫兹脉冲的弹性散射获得的结果相比较。图1是激光路径和扫描近场光学显微镜实验装置示意图。近红外、蓝光和太赫兹光束分别产生，其中太赫兹脉冲使用传统的光电导天线产生，所有的三束光重叠并耦合到原子力显微镜中。散射或发射的太赫兹脉冲在另一侧通过自由空间电光采样进行相干检测。图1 实验装置示意图为了说明在宽带隙材料中使用激光太赫兹发射显微镜的价值，研究人员使用硅片作为样品，它在近红外激发下不会发出明显的太赫兹辐射。该硅片有一个小的区域，受到了离子注入，随后的退火激活了这个区域注入的掺杂物。这样硅片包含两个掺杂密度非常不同的区域，它们之间有一个清晰的边界。研究人员对这个边界区域进行了线性和非线性测量，并对结果进行比较。图2 硅样品的太赫兹辐射。（a）太赫兹脉冲 （b）太赫兹脉冲峰峰值与泵浦光束的平均功率之间的关系首先，当用超快蓝光泵浦时，未注入的基底和注入的区域都会发出太赫兹脉冲。图2a显示了由蓝光激发的THz脉冲，在探针敲击频率的二次谐波处解调得到的结果。可以观察到，轻度掺杂的基底比重度掺杂的植入区域产生明显更多的太赫兹发射。为了更好地理解太赫兹的产生机制，研究人员测量了发射的太赫兹峰峰值与蓝色泵浦光束的平均功率之间的关系，如图2b所示。当功率在大约2 mW以上，太赫兹发射强度受蓝光功率增加的影响较小；事实上，一旦泵浦通量足够高，很大一部分可用的电荷载流子将被光激发，任何多余的泵浦光子将被高的局部导电性屏蔽。由图2b中的插图可以看出，发射的太赫兹场的振幅和泵浦光功率之间有一个明显的二次方关系。这表明THz产生的主要机制是双光子吸收；价带中的载流子吸收了超过6 eV的泵浦能量，并被激发到远高于块状Si的宽4.2 eV的直接带隙之上。该实验结果为扫描近场光学显微镜方法在宽带隙材料上的应用提供了新的可能性。

我国太赫兹探测成像领域取得重大突破　　山东科学院自动化所研发出太赫兹探测成像仪　　在好莱坞大片中，常常出现特种部队通过特种设备隔墙“看”到搜索目标的情景。日常生活中的很多时候，人们也希望自己的眼睛可以透视，能够“看”到被遮挡的另一侧的物体。如今，这种设想在我国正逐步成为现实。　　记者从山东省科学院自动化研究所了解到，该所最近成功研制出一种特殊的仪器设备，能够让我们“看”到障碍物另一侧的状况。这一最新成果的达成，标志着我国超宽带与太赫兹探测成像领域取得重大突破，对于保障公共安全和国民经济发展具有重大意义。反恐防暴和人员救援的“好帮手”　　5日，山东省科学院自动化研究所超宽带与太赫兹实验室内，一堵实验墙壁立于一台小巧的仪器和目标物之间。当工作人员打开该仪器时，神奇的一幕出现了仪器的显示屏上显示出该目标物的清晰轮廓和在房间内的相对位置 当物体移动时，显示屏上物体的图像也随之移动 当有人来到实验墙另一侧时，人的图像也会立刻呈现在屏幕上。　　该研究所所长成巍告诉导报记者，这种神奇的仪器叫超宽带太赫兹探测成像仪(简称“太赫仪器”)，可以透过墙壁“看”到屋内人员的分布和活动，以及混乱环境中的物体，可应用于反恐防暴斗争中犯罪分子的搜寻以及地震、塌方、火灾等灾害现场的人员救援等。　　据介绍，太赫兹(即Terahertz，简写为 THz，1THz=1012Hz)泛指频率在0.1Thz至10THz波段内的电磁波，位于红外和微波之间。由于具有频率及空间分辨率很高、脉冲很短、时间分辨率很高、能量小不会对物质产生破坏作用等独特性能，在通信、雷达、无损检测等方面具有深远而重要的影响，因而被美国列为“改变未来世界的十大技术”之一。　　在美国，太赫兹电磁波已经少部分用于机场人员的安检，物品安检则仍然使用X 光进行。　　在现实生活中，人们熟悉的X光也具有透视功能，它与太赫兹电磁波有何不同呢?“X 光由于波长较短，光子能量较高，因而对人体照射会造成肌体不同程度的损伤，但太赫兹电磁波却不会造成任何损伤。”成巍说，由于光子能量较高，X 光穿透物体后难以反射成像，而太赫兹电磁波却不存在这一短板，因而可以将相关仪器做得更小，即使一个人也可以轻松携带，大大方便了人员使用。煤矿和航空航天安全的“保护神”　　正是看到太赫兹技术广阔的应用前景，山东省科学院自动化研究所的研究团队制定了研发蓝图，在太赫兹的多个应用领域展开技术攻关。该团队从前文介绍的超宽带太赫兹探测成像仪起步，正在进一步研究应用于煤矿探测的太赫兹透射成像雷达和碳纤维复合材料无损检测装备等。　　“每年我国瓦斯爆炸和突水引起的矿难事故严重威胁着人们的生命和财产安全。如果有一种仪器，能够穿透岩石、土壤和煤层，在煤矿开采时实时地预测到岩层后大量水和瓦斯的存在，将降低事故发生的概率。”成巍说，该研究所的太赫兹透射成像雷达研制成功后，将针对目前煤矿中导水裂隙进行探测，提供清晰图像，为煤矿的危险防治提供技术与设备支撑。　　值得一提的是，随着碳纤维复合材料大量应用于飞机、卫星及运载火箭，采用新技术、新装备开展碳纤维复合材料的无损检测，对于保障我国航空航天的安全尤为重要。太赫兹成像技术在检测碳纤维复合材料内部缺陷方面，具有许多其他检测技术不具备的独特优势。通过对比材料的实物照片和相应方法重构的THz透射图像，能清晰地分辨出材料内部的情形，这样就可以提前检测出通过其他手段不易发现的内部缺陷和耗损，这将大大减少安全事故的发生。目前，该项技术已完成了前期调研和技术规划，进入研发阶段。　　据了解，《国家“十二五”科学和技术发展规划》已将太赫兹技术列为“需求导向的重大科学问题”研究领域，并加大了资金支持。目前，山东省科学院自动化研究所的相关成果已经达到国际先进水平，必将为我省乃至我国在太赫兹技术领域的研究揭开新的一页。

“飞秒激光”———瞬间发出的功率比全世界发电总功率还大的奇特之光 “太赫兹频段”———电磁波谱中有待进行全面研究的最后一个频率窗口。2009年12月23日，在中国计量院昌平实验基地举行的两场课题鉴定会上，与会专家一致认为，我国在飞秒脉冲激光参数测量、太赫兹产生与测量等前沿光学计量领域已经达到了国际一流研究水平。　　激光曾被视为神秘之光。近年来，科学家研究发现了一种更为奇特的光———飞秒激光。飞秒激光是一种以脉冲形式运转的激光，具有非常高的瞬时功率，比目前全世界发电总功率还要高出百倍。它还能聚焦到比头发直径还要小的空间区域，使电磁场的强度比原子核对其周围电子的作用力还要高数倍。　　在飞秒激光的各项研究中，其参数的准确测量对飞秒脉冲激光产生、传输、控制等各个过程的研究和应用具有重要作用。由中国计量院光学所完成的课题“飞秒脉冲激光参数测量新技术研究”自主研究并建立了准确、可靠、稳定、实用的飞秒脉冲激光参数测量装置，对飞秒脉冲激光参数测量引起误差的各种因素做了系统、深入的研究，实现了对飞秒脉冲激光时域波形、光谱相位、脉冲宽度、峰值功率等参数的准确测量。“我们首次提出并实现了飞秒脉冲光谱相位和光学元件色散特性测量的新方法和新技术，降低了传统方法的光谱相位测量不确定度和误差，将飞秒脉冲激光参数的准确度提高到一个新水平。”课题组主要成员邓玉强介绍，课题组的创造性研究成果已多次被日本北海道大学、法国圣艾蒂安大学、中国工程物理研究院、中科院上海光机所等国内外著名研究机构引用，促进了超短脉冲激光研究和应用技术的发展，提升了我国在超短脉冲激光参数测量领域的国际地位。在课题鉴定会上，专家组也认为，该课题的完成标志着我国在前沿光学计量领域达到了国际一流水平。　　飞秒激光参数测量技术等超快技术的发展直接推动了光学计量另一前沿高端技术的进步，那就是太赫兹研究。据介绍，太赫兹频段是指频率从十分之几到十几个太赫兹，介于毫米波与红外光之间相当宽范围的电磁辐射区域。长期以来，由于缺乏有效的太赫兹辐射产生和检测方法，人们对于该波段电磁辐射性质的了解非常有限，该波段也被称为电磁波谱中的“太赫兹空隙”，是电磁波谱中有待进行全面研究的最后一个频率窗口。　　谈到太赫兹研究的运用领域，中国计量院光学所所长于靖仿佛一下子打开了话匣子：“太赫兹的作用简直太大了。在食品领域，不同的物质在太赫兹波段存在不同的吸收谱线，因此可以利用这一特性识别物质成分，检验食品中的有害物质。如识别大豆油、花生油、混合油、地沟油等，识别油水混合物中油的含量，检验奶粉中是否含有三聚氰胺等 在纺织品领域，丝绸、尼龙、棉布、麻布、皮革等都有独特的太赫兹吸收谱线，利用这一特性可以将太赫兹作为检验纺织品材料和质量的手段 在医疗领域，生物体内的水分对太赫兹有较强的吸收，而病变细胞由于所含水分减少，从而吸收减少。利用这一特性可以用太赫兹区分健康细胞与病变细胞 在安全检验领域，太赫兹可以区分毒品，如大麻、兴奋剂、摇头丸等。太赫兹也是探测地雷、炸药、爆炸物等危险品非常有效的光源。用太赫兹成像还可以观察到恐怖分子是否带有凶器，太赫兹也能透过建筑物观察到内部的情况，在反恐方面有重大的应用前景。”除此之外，太赫兹在航空航天、天文、生物、药品制造等多个领域都有非常重要的应用。　　太赫兹广泛而重要的应用前景使它被认为是改变未来世界的十大技术之一。但是，太赫兹研究中存在很多需要突破的关键问题。“最难的就是太赫兹的产生以及相关参数的测量。”于靖介绍说，刚刚完成鉴定的“太赫兹脉冲产生与时频特性测量方法研究”课题正是将太赫兹的产生和测量作为研究重点，课题组在对太赫兹产生、传输和探测方面进行了大量实验和自主研究，突破了太赫兹辐射与测量一系列关键技术，最终产生了(0.1-3.5)THz的宽带相干太赫兹辐射，并建立了太赫兹时域和频域测量实验装置。　　邓玉强介绍：“我们在国际上首次提出了新的太赫兹时间频率特性分析方法，消除了传统方法产生的频谱干涉，降低了时域波形噪声的影响，实现了物质太赫兹吸收谱线的高分辨测量，在太赫兹时间频率特性分析方面属国际领先水平。我们自主研制的太赫兹系统可以产生稳定的宽带太赫兹辐射，为太赫兹光谱的研究提供了有利的工具。”鉴定委员会专家也一致认为，太赫兹辐射测量装置具有测量结果准确、重复性好、稳定性高、结构紧凑、信噪比高等特点，达到国际先进水平。（2010年1月21日）

太赫兹波在通讯和成像等方面颇具应用价值。强场超快激光与物质非线性相互作用是产生太赫兹波的重要方式之一。等离子体、气体、晶体等太赫兹产生介质相关的实验与理论研究较为充分。然而，液体水是很强的太赫兹波吸收介质，尚未有其产生太赫兹波的报道。2017年，实验发现，液体薄膜厚度或液体束直径降到微米量级时，太赫兹波的辐射大于吸收。这开启了液体太赫兹波研究的新方向。近年来，液体太赫兹波领域有实验报道，但实验观测到的较多现象均与其他介质的结果不同。例如：单色激光场可以有效地产生液体太赫兹波，而气体介质需要特定相位差的双色激光；液体太赫兹波的产率与驱动激光的能量是正比关系，而气体介质中是平方关系；在一定范围内液体太赫兹波的产率随激光的脉冲宽度的增加而增加，而气体介质相反；在双色激光的驱动下，液体太赫兹波出现非调制信号，在气体介质中却未见类似信号。复杂无序的液相体系的理论研究一直是难题，以上现象难以用已有理论来解释。科研人员只能基于之前的等离子体模型和界面效应等，来解释一些高光强下的宏观实验结果。近日，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院研究员卞学滨和博士研究生李正亮，提出了产生液体太赫兹波的位移电流模型，可以系统解释上述实验观测到的系列反常现象。该微观机制模型的物理图像如图所示：液体的无序结构使得电子波包局域化，同时不同分子的外层电子的能量受到环境的影响而发生移动，在强场激光的作用下不同分子的外层电子发生跃迁，产生非对称体系的位移电流。这些跃迁的能量差在太赫兹能量区域，进而辐射出太赫兹波。同时，该工作表明原子核的量子效应起到关键作用，并预言太赫兹辐射可以研究液体的同位素效应。关于液体中激光诱导太赫兹（THz）辐射的实验研究取得了长足进展。液体太赫兹显示出许多不同于气体和等离子体太赫兹的独特特征。例如，液体太赫兹可以通过单色激光有效产生。驱动脉冲持续时间越长，产生率越高。它还与激发脉冲能量成线性关系。在双色激光场中，测量到了意想不到的未调制太赫兹场，其对驱动激光能量的依赖性与调制太赫兹波完全不同。然而，由于难以描述复杂无序液体中的超快动力学，其潜在的微观机制仍不清楚。在此，提出了一个位移电流模型并且理论成功地再现了实验观测结果。此外，理论上还可进一步用于研究太赫兹辐射在 H2O 和 D2O 中的核量子效应。这项工作为研究块状液体中太赫兹辐射的起源提供了基本见解。上述成果是卞学滨团队在液相强场超快动力学研究领域继高次谐波统计涨落模型之后的又一理论进展。相关研究成果以Terahertz radiation induced by shift currents in liquids为题，发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划等的支持。液体太赫兹波产生的原理图

p style="line-height: 1.5em "　 中科院院士、中国科学技术大学教授杜江峰带领中科院微观磁共振重点实验室，提出并实现了一种可突破时钟速度极限的时序发生方法，并实现了时间分辨率达5皮秒(1皮秒为1万亿分之一秒)的任意序列发生器，从而将高精度时间序列发生功能的时间精度首次提升至皮秒量级。近日，该成果作为编辑精选文章和头条文章发表于《科学仪器评论》。/pp style="line-height: 1.5em "　　高精度的序列发生器广泛应用于高端仪器、测试测量、前沿科学研究等重要领域，其可用于产生高时间分辨率的控制脉冲序列，对各分系统进行高精度同步控制。目前，高精度序列发生器在量子计算、量子精密测量、自动化控制与测量、脉冲成像技术、医学诊疗等诸多方向得到广泛应用。/pp style="line-height: 1.5em "　　在过去的数十年中，序列发生技术绝大部分采用高速时钟法。这种方法中序列的时间精度依赖于时钟速度，提高序列时间精度即需提高时钟速度。然而，技术上实现10吉赫以上速度的时钟难度很大，因此利用现有技术得到皮秒量级的时序发生功能是极其困难的。/pp style="line-height: 1.5em "　　在最新研究中，杜江峰团队创新性地提出一种称之为“时间折叠”的高时间精度序列发生方法。与“时间内插”法相结合，最新研究不仅突破了传统的高速时钟法实现序列发生的时间精度的上限，得到皮秒量级的序列发生功能，还同时在皮秒尺度改善序列发生的时间线性，保障高质量、高稳定度的序列发生功能。/pp style="line-height: 1.5em "　　测试表明，新的序列发生技术可实现时间分辨率为5皮秒、动态范围为5纳秒至10秒的序列发生功能。新提出的“时间折叠”技术还提供了进一步提升时间性能的潜力。/ppbr//p

首届全国太赫兹科学技术与应用学术交流会日前在京召开。6位两院院士、23名特邀报告专家，及近300名全国专业学者和科研人员，共同探讨这项“改变未来世界”的新兴科技领域。　　太赫兹波是频率范围在0.1T至10THz(波长在3mm至30um)的电磁频谱，它介于毫米波与远红外光之间，是至今人类尚未充分认知和利用的频谱资源，有望对通信(宽带通信)、雷达、电子对抗、电磁武器、安全检查等领域带来深刻变革。作为我国太赫兹领域的首次学术“峰会”，大会交流领域涵盖太赫兹物理与基础理论、太赫兹产生与放大技术、太赫兹传输与检测技术，以及太赫兹在光谱学、通信、雷达、成像中的应用技术等多个学科领域。据悉，我国近年来在太赫兹源、检测器件等领域进展显著，已有数十个高校和科研院所启动太赫兹相关研究。本届大会由中国兵工学会太赫兹应用技术专业委员会主办，太赫兹科学技术研究中心承办。　　相关概念股包括大恒科技、天瑞仪器、四创电子等。昨天，受太赫兹概念利好影响，大恒科技开盘即一字封停，天瑞仪器盘中涨停，四创电子涨4.20%。　　太赫兹技术可检测潜在的地沟油　　据京华时报报道，23日，在上海市教委举办的首场专题新闻发布会上，上海理工大学首度展出“基于太赫兹技术的地沟油快速检测仪”。该仪器基于太赫兹电磁波可以与油脂中的有机物产生共振的原理，能找出潜在的地沟油。　　合生财富首席分析师梁万章认为，昨天二级市场对太赫兹概念的追捧力度较大，大恒科技大单封死涨停，但此类涨停有非常明显的游资炒作痕迹。　　目前来看，市场对太赫兹概念相对陌生，且此技术从实验室走向民用还需一段时间，而传闻涉及该概念的大恒科技、四创电子等上市企业在未来能否拿到订单实现业绩也是未知数，因此，该类个股“一日游”行情的可能性非常大。　　对于市场传闻，记者采访了大恒科技董秘严宏深，他表示公司的确在研发太赫兹技术，目前已经和国外共同研发出光谱器，激光发射器目前还在实验阶段。目前正在申请国家经费，希望尽快取得突破。　　大恒科技：太赫兹时域光谱仪开发尚处实验室阶段　　据仪器信息网报道，2012年8月8-10日期间，由中国仪器仪表学会、“ 太赫兹光电子学教育部重点实验室”、《现代科学仪器》编辑部主办，中国分析测试协会、中国仪器仪表学会分析仪器分会、中国仪器仪表学会农业仪器应用技术分会多家单位支持的“太赫兹科学仪器及前沿技术专题研讨会”在北京紫玉饭店成功召开。　　教育部重点实验室主任张存林教授以《基于飞秒激光的太赫兹时域光谱仪开发》为题讲解了其负责的国家重大科学仪器设备开发专项的项目工作进展。该项目由北京市科学技术委员会组织，大恒新纪元科技股份有限公司作为牵头单位，首都师范大学作为第一技术支撑单位。太赫兹光谱作为太赫兹应用技术之一，对经济社会发展及民生改善有支撑作用，而且产业化前景非常可观，据Thintri， Inc. 2010年度太赫兹市场报告预期，太赫兹在医学、安全和制造业领域相关产品的经济效益到2020年将可达到数千万至数亿美元，市场份额可达到数十亿美元，而张存林教授太赫兹时域光谱仪项目预期为中国带来经济效益数亿美元(以中国市场占10%的全球市场份额估算)，产品将拉动中关村高科技示范区高端仪器制造业及相关产业年约10亿元人民币的产值。项目融合宽普、高能量、小型化的趋势特点，以光谱范围0.1-10THz、光谱分辨率7.5GHz、太赫兹脉冲能量10μJ为技术指标，在现有原理样机的基础上进行完善来实现工程化，使整机性能指标达到国际先进水平，并预期实现在2014年小批量试产25台、2016年批量投产100台的目标。　　据中国证券报最新报道，参与《基于飞秒激光的太赫兹时域光谱仪开发》项目的专家介绍，目前该项目还处在实验室阶段。今年年初项目组已向相关主管部门申请立项和申报补贴资金，但目前还没有收到正式批文，至于相关的补贴资金量更无从得知。　　“大恒科技股价异动属于游资炒作。”有券商研究员指出，短期来看，上述项目对大恒科技的业绩并不能产生直接影响，长期影响也要看，项目是否能够成功获得政府主管部门的支持，2014年能否实现部分产品商用，以及相关产品能够取得的市场的认可。　　太赫兹安检技术具有巨大的市场前景　　据仪器信息网报道，中国电子科技38所研发的太赫兹安检技术已取得关键性进展，首台样机即将于年内面世。　　太赫兹安检技术将主要应用于机场、海关、地铁、文化遗产等重要建筑物以及大型活动现场的安全检查，可以快速准确地检测出是否有人携带武器、毒品、爆炸物等违禁品，有效保障大众的生命财产安全。　　目前在公共场所的安检是以X射线成像为主，辅助以金属探测器及人工检查，但无法有效检测出人体隐藏的非金属危险物品，进而可能导致恶性暴力及恐怖袭击事件。太赫兹安检技术不仅对人体更加安全，且增加了物联网技术，实现了对被检测对象的智能化识别、定位跟踪、自动报警、管理监控以及信息存储分析和区域网络覆盖，其应用将显著增强城市中公共场所的安全防御能力，有效减少公共安全事件的发生率。　　太赫兹安检技术具有巨大的市场前景，预计国内市场潜力在100亿元左右，在世界范围内，太赫兹成像产品潜在的市场销售额可达1000亿元以上。　　附：太赫兹(地沟油检测)概念股一览　　天瑞仪器、大恒科、四创电子、百利电气、同方股份都进入太赫兹领域，四创电子控股股东38所曾研制出样机。TCL则是介入下一代手机太赫兹研究。　　大恒科技：公司表示的确在研发太赫兹技术，目前已经和国外共同研发出光谱器，激光发射器目前还在实验阶段。目前正在申请国家经费，希望尽快取得突破。市场传言，教育部重点实验室主任张存林教授以《基于飞秒激光的太赫兹时域光谱仪开发》为题讲解了其负责的国家重大科学仪器设备开发专项的项目工作进展。该项目由北京市科学技术委员会组织，大恒科技作为牵头单位，首都师范大学作为第一技术支撑单位。　　天瑞仪器：目前公司出产的LC310高效液相色谱仪可以应对地沟油黄曲霉毒素b1的限量检测。　　同方股份：控股子公司同方威视技术股份有限公司曾与清华大学共同申请了“一种利用太赫兹时域光谱快速检测植物油纯度的方法及设备”专利权。　　四创电子：此前有报道称，四创电子大股东华东电子工程研究所(中国电子科技集团公司第三十八研究所)太赫兹安检技术已取得关键性进展，首台样机即将于年内面世。太赫兹安检技术将主要应用于机场、海关、地铁、文化遗产等重要建筑物以及大型活动现场的安全检查，可以快速准确地检测出是否有人携带武器、毒品、爆炸物等违禁品，有效保障大众的生命财产安全。　　TCL：2011年深圳先进科学与技术国际会议第三届会议上，公司称目前工业界已全面进入太赫兹开发及应用领域，太赫兹已在通讯领域崭露头角，TCL通讯期待与各位专家学者一起开发与研究太赫兹科学技术，带动通讯产业的技术发展。　　百利电气：传百利旗下公司投资上游实验室研发的集成THz医学成像设备比东芝最高端成像效果清晰100倍。　　凤凰光学、聚光科技：上述“基于太赫兹技术的地沟油快速检测仪”由上海现代光学系统重点实验室与上海市分析检测协会合作研发，拥有自主知识产权。其中，上海现代光学系统重点实验室的合作单位包括凤凰光学(上海)有限公司、聚光科技(杭州)有限公司。　　概念解析：太赫兹　　太赫兹(Terahertz，1THz=1012Hz)泛指频率在0.1～10THz波段内的电磁波，位于红外和微波之间，处于宏观电子学向微观光子学的过渡阶段。早期太赫兹在不同的领域有不同的名称，在光学领域被称为远红外，而在电子学领域，则称其为亚毫米波、超微波等。在20世纪80年代中期之前，太赫兹波段两侧的红外和微波技术发展相对比较成熟，但是人们对太赫兹波段的认识仍然非常有限，形成了所谓的“THz　Gap”。　　2004年，美国政府将THz科技评为“改变未来世界的十大技术”之一，而日本于2005年1月8日更是将THz技术列为“国家支柱十大重点战略目标”之首，举全国之力进行研发。我国政府在2005年11月专门召开了“香山科技会议”，邀请国内多位在THz研究领域有影响的院士专门讨论我国THz事业的发展方向，并制定了我国THz技术的发展规划。另外，美国、欧洲、亚洲、澳大利亚等许多国家和地区政府、机构、企业、大学和研究机构纷纷投入到THz的研发热潮之中。　　太赫兹的独特性能给通信(宽带通信)、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学成像(无标记的基因检查、细胞水平的成像)、无损检测、安全检查(生化物的检查)等领域带来了深远的影响。由于太赫兹的频率很高，所以其空间分辨率也很高 又由于它的脉冲很短(皮秒量级)所以具有很高的时间分辨率。太赫兹成像技术和太赫兹波谱技术由此构成了太赫兹应用的两个主要关键技术。同时，由于太赫兹能量很小，不会对物质产生破坏作用，所以与X射线相比更具有优势。另外，由于生物大分子的振动和转动频率的共振频率均在太赫兹波段，因此太赫兹在粮食选种，优良菌种的选择等农业和食品加工行业有着良好的应用前景。太赫兹的应用仍然在不断的开发研究当中，其广袤的科学前景为世界所公认。

近日，柏林的Max Born研究所、伦敦大学学院和匈牙利的ELI-ALPS研究所在共同参与的一个项目中，展示了一种利用阿秒激光爆发作为泵浦和探测脉冲的新型光谱学技术。据介绍，在正常运行的光谱学平台上使用这种短脉冲有助于研究复杂的光学过程，而该项目则主要是利用它来研究原子的非线性多光子电离过程。近日，相关成果发表在光学和光子学专业期刊Optica上。飞秒(1飞秒= 10-15秒)泵浦探针光谱技术彻底改变了人们对极快过程的理解。例如，如果一个分子的解离是由飞秒泵脉冲引发的，它可以使用延时飞秒探针脉冲来实时进行观察，捕捉分子的演化状态，从而得到记录分子解离细节过程的动态图像。1999年，这项强大的技术甚至被授予了诺贝尔化学奖。然而，自然界中的一些过程甚至更快，并且发生在阿秒的时间尺度上(1阿秒= 10-18秒)。到目前为止，阿秒泵浦阿秒探针光谱学已经被证明用于涉及两个光子吸收的相对简单的过程。然而，由于全阿秒泵浦-探测光谱非常具有挑战性，目前大多数得到实际应用的方法只使用一个阿秒脉冲泵（或探针），而另一个步骤则会使用飞秒脉冲。而在最新进展中，研究人员成功演示了一个泵-探针实验。在这个实验中，复杂的多光子电离过程使用了两个阿秒脉冲序列。这个实验需要产生非常强的阿秒脉冲，为此需要使用一个大型激光系统。同时，两个阿秒脉冲必须与阿秒时间和纳米空间稳定性重叠。考虑到这样大的挑战性，研究人员选择在马克斯波恩研究所（Max Born Institute）最大的实验室进行了上述这项实验。“原子和分子中的多电子动力学经常在亚秒至几飞秒的时间尺度上发生，”发表在Optica杂志上的论文中指出，“以前极端紫外(XUV)光子阿秒脉冲的可用强度允许对双光子、双电子相互作用进行时间分辨的研究。而最新的进展中，我们研究了氩原子的双电离和三电离，包括了多达5个XUV光子的吸收。”在以往的场景中，产生所需的强阿秒脉冲通常需要使用大型和强大的激光系统，幸而每个项目合作伙伴都在这一方面颇具优势。其中，极光基础设施阿秒光脉冲源（ELI-ALPS）研究中心正在开发一种价值600万欧元的激光器，旨在以1千赫兹的重复频率提供超过15太瓦的峰值功率，脉冲持续时间小于8飞秒。在新的研究中，两个阿秒脉冲串(APTs)与一个氩原子相互作用，吸收了四个光子，从而从原子中去除三个电子。根据该项目，有许多可能的方式来发生这种多光子吸收，要详细地找出电子是如何从原子中去除的，则需要改变两个阿秒脉冲之间的时间延迟，并观察产生了多少离子。结果表明，多光子吸收是分三步进行的：在前两步中，每一步都吸收一个光子；而在第三步中，两个光子同时被吸收。这些结果已经被计算机模拟所证实，并证明了强APTs的应用能够更好地理解复杂的多光子电离途径。据介绍，这项已开发的实验技术未来不仅可以用于研究原子中的复杂过程，还可以用于研究分子、固体和纳米结构。该项目还希望能进一步回答有关几个电子如何相互作用的问题，这有助于在最短的时间内理解最基本的过程。

太赫兹辐射，也被称为亚毫米辐射，其波长位于微波和可见光之间。它可以穿透许多非金属材料并探测某些分子的特征。这些便利的特性可以使其得到广泛的应用，包括工业质量控制、机场安全扫描、材料的无损表征、天体物理观测以及比目前手机频段带宽更高的无线通信。插图显示太赫兹照明（右上角的黄色曲线）进入新的相机系统，它刺激纳米级孔内的量子点（显示为照明环）发出可见光，然后使用基于CMOS的芯片（左下角）检测，就像数码相机中的那些。然而，设计检测和制作太赫兹波图像的设备一直是个挑战。因此，大多数现有的太赫兹设备是昂贵的，缓慢的，笨重的，并需要真空系统和极低的温度。现在，麻省理工学院、明尼苏达大学和三星公司的研究人员已经开发出一种新的相机，它可以快速检测太赫兹脉冲，具有高灵敏度，并且在室温和压力下。更重要的是，它可以同时实时捕捉到关于波的方向，或"偏振"的信息，而现有的设备无法做到。这种信息可以用来描述具有不对称分子的材料，或确定材料的表面细节。这个新系统使用被称为量子点的粒子。这些粒子最近被发现在受到太赫兹波的刺激时有能力发射出可见光。然后，这些可见光可以被一个类似于标准电子相机探测器的装置记录下来，甚至可以用肉眼看到。11月3日发表在《自然-纳米技术》杂志上的一篇论文描述了这一装置，作者是麻省理工学院的博士生史娇健、化学教授Keith Nelson和其他12人。该团队制造了两种不同的装置，可以在室温下运行。一个是利用量子点将太赫兹脉冲转换为可见光的能力，使该装置能够产生材料的图像；另一个是产生显示太赫兹波偏振状态的图像。新的"照相机"由几层组成，采用像用于微芯片的标准制造技术制成。基板上有一排纳米级的平行金线，用窄缝隔开；上面是一层发光的量子点材料；上面是一个用于形成图像的CMOS芯片。偏振检测器使用类似的结构，但有纳米级的环形狭缝，这使得它能够检测到进入的光束的偏振。太赫兹辐射的光子具有极低的能量，这使得它们很难被检测到。因此，这个设备正在做的是将那小小的光子能量转化为易于用普通相机检测的可见物。在该团队的实验中，该设备能够在低强度水平上检测太赫兹脉冲，超过了今天大型和昂贵系统的能力。研究人员通过拍摄他们设备中使用的一些结构的太赫兹照明照片来证明该探测器的能力，例如纳米间隔的金线和用于偏振探测器的环形狭缝，证明了该系统的灵敏度和分辨率。一个CMOS相机被用来捕捉太赫兹光束的旋转。资料来源：研究人员提供开发一个实用的太赫兹相机需要一个产生太赫兹波以照亮一个物体的部件，以及另一个检测它们的部件。在后一点上，目前的太赫兹探测器要么非常慢，因为它们依赖于检测波冲击材料所产生的热量，而热量传播缓慢，要么它们使用相对较快的光电探测器，但灵敏度非常低。此外，直到现在，大多数方法都需要整个太赫兹探测器阵列，每个探测器产生一个像素的图像。问题在于每一个都相当昂贵，一旦他们开始被用来制造相机，探测器的成本就会开始迅速扩大。虽然研究人员说他们已经通过新的工作破解了太赫兹脉冲检测问题，但缺乏良好的源的问题仍然存在--而且世界各地的许多研究小组正在努力解决。尼尔森说，新研究中使用的太赫兹源是一个庞大而繁琐的激光器和光学设备阵列，不容易被扩展到实际应用中，但基于微电子技术的新源正在顺利开发中。论文的共同作者、明尼苏达大学电气和计算机工程系麦克奈特教授Sang-Hyun Oh补充说，虽然目前的太赫兹相机版本要花费数万美元，但该系统使用的CMOS相机的廉价特性使其"向建立实用的太赫兹相机迈进了一大步"。商业化的潜力促使制造CMOS相机芯片和量子点设备的三星公司合作开展这项研究。尼尔森说，这种波长的传统探测器在液氦温度（-452华氏度）下工作，这对于从背景噪声中挑出能量极低的太赫兹光子是必要的。这种新设备能够在室温下用传统的可见光相机检测并产生这些波长的图像，这一点出乎了从事太赫兹领域工作的人的意料。研究人员说，有许多途径可以进一步提高这种新相机的灵敏度，包括组件的进一步小型化和保护量子点的方法。他们说，即使在目前的检测水平上，该设备也可以有一些潜在的应用。在新设备的商业化潜力方面，Nelson说，量子点现在价格低廉，而且容易获得，目前被用于消费产品，如电视屏幕。相机设备的实际制造更加复杂，但也是基于现有的微电子技术。事实上，与现有的太赫兹探测器不同，整个太赫兹照相机芯片可以用今天的标准微芯片生产系统来制造，这意味着最终大规模生产这些设备应该是可能的，而且价格相对便宜。目前，尽管该相机系统离商业化还很远，但麻省理工学院的研究人员在需要快速检测太赫兹辐射时已经在使用这种新的实验室设备。"我们没有那些昂贵的相机，"纳尔逊说，"但是我们有很多这样的小设备。人们只需将其中一个插入光束中，用眼睛看一下可见光的发射，这样他们就知道太赫兹光束何时开启，这真的很方便。"虽然太赫兹波原则上可以用来探测一些天体物理现象，但这些来源将是极其微弱的，而且新设备无法捕捉这种微弱的信号，该团队正在努力提高其灵敏度。下一代的研究工作在于把所有东西都做得更小，它的灵敏度也会更高。

p　　近日，中国科学院重庆绿色智能技术研究院太赫兹技术研究中心在生物大分子太赫兹近场成像光谱仪研究中获得进展，相关结果以《基于扫描探针显微镜的近场超空间分辨指纹光谱技术研究现状》为题在《红外与毫米波》期刊上进行发表。/pp　　在中国科学院科研装备项目的支持下，该团队开展了生物大分子太赫兹成像光谱仪的研制工作，欲利用金属化纳米探针在纳米级针尖附近形成的局域增强太赫兹波来照射生物大分子，从而能突破光学衍射极限实现对纳米级大小的生物大分子进行成像。/pp　　目前，该研究利用可见的氦氖激光对不可视太赫兹波主体光路(图1)的准直、聚焦状态进行精准的辅助调节，已完成了对近场太赫兹波信号相干放大的迈克尔逊干涉仪的调试，实现了利用外部信号发生器来驱动金属化原子力探针在垂直方向做周期的机械运动，获得了金属化原子力探针与铝基底的太赫兹光谱(图2)。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img style="FLOAT: none" title="111.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201509/insimg/88d7a724-d2b9-455e-9c3f-828584592b50.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center" /pp style="TEXT-ALIGN: center"　　图1 基于连续波太赫兹源的太赫兹近场成像系统原理图/pp style="TEXT-ALIGN: center"img style="WIDTH: 549px FLOAT: none HEIGHT: 416px" title="222.jpg" border="0" hspace="0" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201509/insimg/942e5038-8282-4a4d-865f-c824014c3659.jpg" width="549" height="416"//pp style="TEXT-ALIGN: center"　　图2 金属探针与铝基底的太赫兹光谱/pp/p

2004年5月11日记者从在上海召开的“太赫兹物理及超快过程”国际研讨会上获悉，中国较早开展太赫兹技术研究的中科院上海微系统与信息技术研究所，正在与加拿大国家研究所合作开展能够产生太赫兹电磁波的源发生器的研究与制作。　　太赫兹频段，是指频率从十分之几到十几个太赫兹，介于毫米波与红外光之间相当宽范围的电磁辐射区域。长期以来，由于缺乏有效的太赫兹产生与检测方法，人们对该波段电磁辐射性质的了解非常有限，以致于该波段被称为电磁波谱中的太赫兹空隙。目前国际上对太赫兹的研究仅仅只有20多年的历史，中国则不到10年。　　据介绍，在医学治疗过程中照射的X光的光子能量高，对人体造成的伤害非常大。而应用目前国际上电磁波研究领域的新宠——太赫兹技术(1太赫兹=1012赫兹)制成的用于医疗诊断的成像设备，则能将这种照射对人体的伤害降低100万倍。　　中科院微系统所曹俊诚研究员介绍说，加拿大在太赫兹研究的实验水平方面比较发达，而中科院上海微系统所则在揭示太赫兹现象的理论研究方面比较成功，双方的合作将有利于将理论与实践相结合，促进太赫兹领域技术的研发进程。　　据介绍，太赫兹电磁波由于频带宽，是微波的1000倍，因此在通信方面有很大的应用前景。

近日，中国科学院空天信息研究院（广州园区）-广东大湾区空天信息研究院（以下简称“大湾区研究院”）成功研制出太赫兹扫描隧道显微镜系统，实现了优于原子级（埃级）的空间分辨率和优于500飞秒的时间分辨率，成为国内首套自主研制的太赫兹扫描隧道显微镜系统。THz-STM系统扫描隧道显微镜（STM）是一种用于观察和定位单个原子的扫描探针显微工具，通过原子尺度的针尖，在不到一个纳米的高度上，对不同样品进行超高精度扫描成像。STM在低温下可以利用探针尖端精确操纵单个分子或原子，不仅是重要的微纳尺度测量工具，也是颇具潜力的微纳加工工具，在原子级扫描、材料表面探伤及修补、引导微观化学反应、控制原子排列等领域广泛应用。但是，传统的电学调制速率限制了STM在更高时间分辨率的观测（一般具有微秒量级的时间分辨率）。2013年，加拿大阿尔伯塔大学教授Frank Hegmann，首次将太赫兹脉冲和STM结合，实现了亚皮秒时间分辨和纳米空间分辨，随后德国、美国等科研团队纷纷开展相关技术研究。大湾区研究院太赫兹研究团队历时近12个月，突破了太赫兹与扫描隧道针尖耦合、太赫兹脉冲相位调制等核心关键技术，成功研制出国内首台太赫兹扫描隧道显微镜（THz-STM）。该显微镜具有埃级空间分辨率和亚皮秒时间分辨率（提升100万倍以上），可同时实现高时间和空间分辨下的精密检测（飞秒-埃级），为进一步揭示微纳尺度下电子的超快动力学过程提供了强有力的技术手段，可用于新型量子材料、微纳光电子学、生物医学、超快化学等领域。该研究得到国家自然科学基金委太赫兹基础科学中心、广东省科学技术厅、广州市、黄埔开发区等相关项目的资助。THz自相关脉冲和THz-STM电流信号硅重构表面原子分辨和金表面原子分辨

p style="text-indent: 2em text-align: justify "近日，国仪量子（合肥）技术有限公司在合肥高新区召开发布会，宣布国内首台脉冲式电子顺磁共振波谱仪诞生。该产品具有自主知识产权、填补国内空白，在微波脉冲产生、高精度时序控制器、任意波形发生器、探头设计等核心技术上达到国际领先水平，并在科研和产业等方面具有广泛应用前景。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "电子顺磁共振是当代重要的物质科学研究手段。对于自旋标记的生物分子样品，可通过顺磁共振技术获取分子的动力学、结构等重要信息。这些信息主要源于电子自旋的精细和超精细结构，它们均可以从顺磁共振谱中提取。国仪量子发布的国内首台脉冲式电子顺磁共振波谱仪，具有国际领先的微波脉冲产生技术，原创性的复杂脉冲调制功能，可实现多种复杂的脉冲实验，能产生500瓦高功率、高相位稳定性的微波脉冲，微波脉冲的时间分辨率为50皮秒。该产品具有个性化、可定制、易扩展、高集成度、高稳定性等特性，且具有灵活的波形产生和数据处理方式。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "科学仪器装置，被誉为“国之重器”。国仪量子源于中科大中科院微观磁共振重点实验室，是一家以量子精密测量为核心技术的高新技术企业，今年已获批国家重点研发计划“重大科学仪器设备开发”重点专项。该公司专注大型科学仪器平台的研制开发，发展全球领先的量子精密测量技术，瞄准突破极限指标的仪器，为各行各业物质科学研究提供尖端科学装置平台。/p

近日，韩国基础科学研究所的Taegyu Pak等人观察到高功率太赫兹辐射从被100太瓦级激光脉冲照射的气体喷射器中发射出来，用于电子的激光视场加速。在氮气靶上，小于10太赫兹时产生了超过4毫焦耳的能量，激光到太赫兹的转换效率约为0.15%。这种强大的太赫兹辐射被认为是由等离子体电子产生的，这些电子在激光脉冲时间尺度上加速。该模型通过粒子在细胞中的模拟和分析计算进行研究，以更好地理解激光尾流场加速中高能太赫兹辐射的产生机制。太赫兹（THz）是位于电磁波谱的微波和红外区域之间的一个频段，这个频段下传统技术在产生和检测辐射方面效率低下，人们正在通过开发新的太赫兹源和检测器来弥补这一缺口。基于激光的太赫兹源由于能够产生相干的、单周期到多周期的、宽带（或窄带）辐射而备受关注。这种源也可以提供与驱动激光的自然同步，允许超快时间分辨光谱和成像。最近，高功率飞秒激光器被用来产生强大的太赫兹辐射，以及探索新的太赫兹驱动的现象，如分子排列，谐波生成和分子加速等。在许多基于激光的源中，基于激光等离子体的源很适合于高功率太赫兹的产生。等离子体已经被电离，因此可以维持高电磁场，当高功率激光脉冲被聚焦到一个小的体积中用于产生能量可存储的太赫兹时，几乎不需要材料损坏。从激光产生的气体和固体密度等离子体中产生的相干太赫兹已经被广泛地研究。在气体中，单色或双色激光产生的等离子体可以通过超快的激光驱动电流产生相干的宽带太赫兹辐射。在双色激光混合中，通过使用中红外激光驱动器，激光到太赫兹的转换效率提高到百分比水平。最近，从一个被高能量皮秒激光脉冲照射的金属箔中观察到了几十毫焦耳的太赫兹能量。然而，与气体靶材不同，高密度的靶材往往会带来靶材碎片和靶材重装的问题，这使得它们不利于用于连续或高重复率的操作。激光尾流场加速器（LWFA）是一种基于气态等离子体的紧凑型电子加速器方案，可以产生宽带电磁辐射。在激光尾流场加速器中产生的相对论性电子束，当它通过相干过渡辐射离开等离子体-真空边界时，可以发射出太赫兹辐射。当电子束的长度与发射的太赫兹辐射的波长可比拟或小于辐射波长时，就会出现这种情况，且单个电子产生的太赫兹场在辐射方向相干叠加。在实验中，用10 TW级激光器从激光尾流场加速器中观察到小于100纳焦的太赫兹能量，太赫兹辐射的波形被单次测量，也被利用来诊断电子束本身。然而到目前为止，激光尾流场加速器输出的太赫兹能量尚未超过微焦水平，人们也没有研究过太赫兹能量的扩展。韩国基础科学研究所的Taegyu Pak等人通过使用相对论激光科学中心（CoReLS）的150太瓦激光器，在激光尾流场加速器中明显增强了太赫兹的产生，达到了多毫焦耳水平。研究人员测试了激光尾流场加速器和各种目标条件下太赫兹的生成，并同时表征了两种光束，以便更好地了解激光尾流场加速器中太赫兹产生的起源。实验结果表明，多兆焦耳的太赫兹生成并不完全由相干跃迁辐射模型解释。研究人员研究了太赫兹产生的另一种可能机制，即由激光推动力和等离子体加速的等离子体电子的相干辐射。实验装置示意图如图1所示，激光脉冲电离气体射流并通过激光尾流场加速器加速等离子体电子，同时产生太赫兹辐射。在电子束通过带有偶极磁铁的电子光谱仪后，测量电子能谱。从等离子体发出的太赫兹辐射被准直，传送到真空室外，然后重新聚集到热释电检测器上进行检测。图1 激光驱动的电子加速和太赫兹生成示意图发出的太赫兹辐射通过其光谱、能量和偏振进行了表征，得到的太赫兹光谱在图2（a）中以散射形式显示，水平误差条代表滤波器传输带的光谱宽度，红线表示放置在光束路径上所有过滤器的整体传输曲线。其偏振通过一个带有热释电探测器的线栅偏振器来表征，收集35个热释电信号并取其平均值，结果显示在图2（b）中。测量的偏振分布是各向同性的，与电子的径向加速所预期的偏振相一致，沿垂直偏振方向有一些明显的增强。图2 太赫兹辐射的光谱和偏振表征

p style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/ce83a30b-4cc7-4eaf-8986-3042bceab55b.jpg" title="微信图片_20180709110801.jpg"//ppbr//pp　　液态水维持着地球上的生命，但其物理性质对于研究人员来说仍是个谜。最近，一个瑞士研究团队利用已有的太赫兹光谱技术测量了液态水的氢键。利用这种技术开展的工作，未来或许能帮助解释水的特殊性质。该团队在美国物理联合会(AIP)出版集团所属《化学物理学报》上报告了他们的发现。/pp　　研究人员利用超短可见激光脉冲激发了溶解在水中的染料分子，从而改变了它们的电荷分布。随后，太赫兹脉冲测量了周围水分子的反应。频率相对较低的太赫兹光谱使研究人员得以分析水分子之间存在的力。观察这些分子间的力或能帮助研究人员理解水的异常现象，因为液态水分子中的氢键构成了水的很多意想不到的性质，比如水在4℃时密度最大。/pp　　“我们在太赫兹频率范围内看到的反应极其缓慢。水通常被视为非常快的溶剂，能在亚皮秒量级内作出反应。但我们在太赫兹波段发现了10皮秒左右的时间尺度。”论文作者之一Peter Hamm介绍说。/pp　　但Hamm警告不要对此过分乐观。“结果经常有点令人失望，因为像水一样的液体的太赫兹光谱非常宽，并且极其模糊。这导致从里面提取信息很困难。”最新研究采用的时间分辨技术，或能克服这一限制。下一步，研究人员计划利用该方法探寻水仍处于液态但低于冰点时的结构和动力学机制 。/ppbr//p

p　　由我国科学家自主研发的国内首台高平均功率太赫兹自由电子激光装置，日前在四川成都首次饱和出光。经第三方检测，实验真实可靠且装置运行稳定。我国太赫兹源从此正式进入自由电子激光时代。/pp　　8月29日，由中国工程物理研究院应用电子学研究所牵头的高平均功率太赫兹自由电子激光装置(CTFEL)首次饱和出光，并实现稳定运行。9月20日，经过专家组现场测试和中国兵器工业第205研究所第三方检测，CTFEL装置太赫兹频率在1.99THz、2.41THz和2.92THz三个频率点稳定运行，平均功率均大于10W，最高达到17.9W 微脉冲峰值功率均大于0.5MW，最高达到0.84MW。通过调节电子束能量和磁场强度，可以实现输出激光频率连续可调。/pp　　太赫兹(THz)辐射通常指频率在0.1THz—10THz区间的电磁辐射，波段位于微波和红外光之间，是人类尚未完全认识并很好加以利用的最后一个波(光)谱区间。物质的太赫兹光谱(包括发射、反射和透射)包含有丰富的物理和化学信息，研究有关物质在这一波段的光谱响应，探索其结构性质及其所揭示的新的物理内容已成为一个新的研究方向。自由电子激光(FEL)由于具有频率连续可调、功率大、线宽窄、方向性好、偏振强等优点，使得在同一台装置上实现太赫兹波段全覆盖的大功率理想太赫兹源成为了可能，故自由电子激光是目前该波段最有前途的高功率可调谐相干光源。/pp　　CTFEL装置是依托科技部支持的国家重大科学仪器设备开发专项“相干强太赫兹源科学仪器设备开发”项目，于2011年立项启动。作为一种新型相干强太赫兹光源，CTFEL装置在材料、生物医学等领域有着重要应用前景。/p

在满足目前各种应用需求的前提下，光谱分析仪器和方法也在不断的创新发展中，不论是分子光谱还是原子光谱都涌现了一系列创新的成果，特别是拉曼光谱、近红外光谱、激光诱导击穿光谱、太赫兹、超快光谱、荧光相关光谱、高光谱等相关技术彰显了极具诱惑的市场活力，引领着行业发展的方向。第十二届光谱网络会议（iCS 2023）中，近50位专家报告充分彰显了光谱创新潜力，纷纷展示了一系列的创新成果：从仪器整机到关键部件；从系统集成到方法开发；从大型科研仪器，到用于现场的便携、手持设备；从实验室检测设备，到过程分析技术……为了更好的展示这些创新成果，同时也进一步加深专家、用户、厂商之间的合作交流，会议主办方特别策划《光谱创新成果“闪耀”iCS2023》网络专题成果展，集中展示本次光谱会凸显的创新成果，包括但不限于仪器、部件、技术、方法、应用等。天津大学何明霞教授本次会议中，天津大学何明霞教授分享了《太赫兹科学技术应用近年新进展》（点击回看》》》）引发行业关注。会后，我们也再次邀请何明霞教授分享其团队在太赫兹技术及应用拓展方面的系列研究成果。1、成果简介基于太赫兹时域光谱技术的多层非极性复合材料检测系统太赫兹电磁波介于微波与红外之间（0.1THz -10 THz ），处于电子学与光子学的交叉领域，被誉为人类认识世界的“第三只眼睛”、“改变世界的十大科技”。太赫兹具有光子能量低、穿透性强、指纹谱特征、高信噪比、高分辨率、宽频带、瞬态性等独特优势，近年来在工业无损检测领域发展迅速。太赫兹时域光谱技术（THz-TDS）是一种新型的脉冲全息光谱技术，可获取物质的折射率、吸收系数、介电系数等多个物理参数信息。相比于红外光谱、拉曼光谱，太赫兹光谱覆盖了生物大分子、有机分子等物质独特的特征谱信息；相比于X射线，太赫兹辐射能量低，对人体安全；相比于超声检测、涡流检测，太赫兹检测为非接触式、穿透性更强，可表征多涂层的信息。利用新型的太赫兹技术进行物质光谱检测分析、无损扫描成像及超薄样品测厚应用，弥补传统检测手段不足之处，完成更高精度、更快速安全的检测。本团队基于高信噪比、高灵敏度、安全、快速的太赫兹时域光谱技术，开展在非极性电介质材料缺陷探测成像及微米级多涂层测厚领域相关研究。迭代开发智能化工业机器人手臂及协作控制系统，实现对非极性材料内部缺陷三维层析无损扫描成像，对多层的微米级别超薄涂层厚度可进行每单层的精准测量表征。系统覆盖太赫兹波谱宽度为0.1THz -3THz，太赫兹光纤长度10m，工作重复频率10Hz；无损扫描成像层数可达3层，平面扫描范围180×180mm，空间机械臂延伸测量半径为1.3m，最快扫描速度500mm/s；涂层测厚层数可达3层，最小测厚值可达10μm，绝对精度2μm；且满足空间、异形曲面移动多点位精准快速无损检测需求,具有全自动处理、高精度测量、多层厚度实时计算等优势，为超薄涂层类复合材料提供更加精准、高效和可靠的测量方式，适用于汽车工业、航空航天、锂电池电极、非金属管道、泡沫塑料等多领域无损检测场景。2、产业化探索智能化机器人手臂空间异形曲面无损检测系统在未来是考虑多个领域产业化的，拥有在材料检测、无损探伤、医疗检查，以及文物资料研究等多个领域发展的潜质。太赫兹时域光谱技术本身是一个多领域快速发展的检测技术，其测量方式依赖于平面扫描或者曲面扫描载荷技术，配合样本的空间建模，以完成自动化样本数据有序测量。具体到应用领域，需要根据样品的尺寸、规格以及空间特征，设计低成本、易便携、方便取样的测量装置。比如可以对皮肤表面进行快速扫描成像、对曲面的陶瓷文物信息鉴定等，这些有待合作单位的具体要求。3、课题组未来研究计划太赫兹波在电磁波谱中处于电子学向光子学的过渡区，也是宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，其具有光子能量低、穿透性强、指纹谱特征等独特优势。太赫兹时域光谱技术利用飞秒脉冲产生并探测时间分辨的THz电场，通过傅立叶变换获得被测物品的光谱信息，检测过程快速、安全、精度高，且光谱具有物质特征峰，在物质鉴别分析、工业无损检测、产线在线质量监测、安检扫描成像等领域应用潜力巨大，弥补传统检测手段的缺陷不足。本研究团队重点主攻方向为太赫兹工业无损检测方向，分析、利用太赫兹时域光谱，建设标准太赫兹光谱数据库，实现物质太赫兹光谱检测分析、微米级多涂层太赫兹精准测厚及材料内部无损探测成像等多方面太赫兹无损检测研究。4、合作需求关于非极性材料无损扫描探测成像、物质太赫兹光谱检测分析及超薄涂层测厚方面，涉及生物医药、锂电池电极、半导体、复合材料、文物艺术品等领域检测需求可探索合作研究。联系方式：曲秋红 15122743715（手机、微信）附专家及课题组简介何明霞，博士，天津大学精密仪器与光电子工程学院电子物理学与仪器科学与技术专业教授、博导，首届“中国生物物理学会太赫兹生物物理分会”副会长兼秘书长、“毫米波太赫兹产业联盟”太赫兹光谱与检测工作组组长、中国仪器仪表学会图像科学与工程分会秘书长、中国光学学会光电技术专业委员会委员，是“天津大学太赫兹光子学”组建者之一和核心骨干。主要研究方向∶太赫兹光谱技术与成像应用和太赫兹生物效应研究。致力于太赫兹时域光谱技术实用化、多种非极性材料的太赫兹光谱成像无损检测及太赫兹生物医学基础研究，是国内最早将太赫兹光谱技术用于癌症组织、生物组织的研究者。太赫兹光谱技术与成像应用团队以高信噪比、高灵敏度、宽带、安全、快速的太赫兹时域光谱技术为核心，结合汽车工业、航空航天、管道塑材、生物医药、食品安全等领域实际应用需求，开展物质太赫兹光谱检测分析、太赫兹标准光谱数据库建设、非极性材料无损扫描成像、微米级多涂层系统精准测厚、太赫兹辐射成分鉴定以及实用化技术应用产品开发等研发工作。搭建太赫兹光谱与成像系统应用平台，完成三维层析太赫兹光谱快速扫描成像测厚设备及智能化工业机器人手臂空间异形曲面无损检测系统的开发，适用于各类涂层的微米级厚度测量和材料内部缺陷的无损检测，如汽车车身涂层、锂电池隔膜、锂电池电极、泡沫塑材、非金属管道、生物组织样品等，相关研究成果及产品拥有自主知识产权20余项。团队研发并已投入市场应用的全国产化高灵敏度太赫兹相机，适用于现有多种主流太赫兹源辐射探测，对非极性物质材料成像清晰，可在安检成像领域推广使用。针对太赫兹光谱检测市场需求，正进行应用标准化和实用数据库的工作，建立多类物质的开源太赫兹标准数据库，实现物质太赫兹光谱的定性与定量分析检测。

近期中国科学院上海光学精密机械研究所李儒新、田野和宋立伟团队在太赫兹波电子加速领域取得重要进展。研究团队基于上海光机所新一代超强超短脉冲激光综合实验装置，利用超强超短激光驱动丝波导产生毫焦耳级太赫兹表面波，并采用表面波进行电子加速，解决了高能量太赫兹波产生以及自由空间太赫兹波至波导能量耦合效率低等难题。该项研究将太赫兹波的产生、传输及耦合集成到波导上，并在波导管中5mm距离实现了最高1.1 MeV的电子能量增益和210 MV/m的平均加速梯度，较当前太赫兹波加速电子能量增益的世界纪录提升了近一个量级，同时为全光学集成化电子加速器研究开辟了崭新途径。相关研究成果于2023年7月13日以“Megaelectronvolt electron acceleration driven by terahertz surface waves”为题发表于《自然光子学》(Nature Photonics)期刊。 　　小型化集成化的电子加速器将极大地推动其在前沿科学与技术领域的广泛应用。利用太赫兹波驱动电子加速作为近十年来发展的新兴加速技术，能够提供比传统射频加速更高的加速梯度，是实现小型化、低成本加速装置的可靠途径之一，有望将加速器的应用推广向包括小型实验室、医院等在内的更多应用场景。 　　当前发展的太赫兹电子加速基于自由空间的太赫兹源技术，太赫兹波产生后，经收集、传输、偏振转换，再聚焦至用于加速电子的波导结构。实验上，为了尽可能提高波导内部的太赫兹加速梯度，需要太赫兹源提供足够的能量以弥补光路中散射、反射，以及模式转换的能量损耗。常见的太赫兹源，例如基于光学晶体产生的太赫兹辐射通常需要经过光学元件的收集及导引，并通过分段波片或相移片进行模式转换，不可避免地造成能量损失。相比自由空间的太赫兹辐射，束缚于介质表面的光学表面波，如表面等离极化激元(surface plasmon polaritons, SPP)，为太赫兹的导引与模式转换提供了全新的思路。 　　研究团队近年来在小型化的激光加速电子源与辐射光源等领域长期探索，并于近期发现了太赫兹表面等离极化激元相干放大机制(Nature 611, 55–60 (2022))，能够实现高功率表面等离极化激元相干辐射源。围绕轴对称金属圆柱形波导上的太赫兹表面等离极化激元的索莫菲波属性，以及对低色散基横磁(TM)模式，研究团队进一步将此高功率的太赫兹表面等离极化激元直接与加速波导耦合，实现了85%的耦合效率，能有效将飞秒激光泵浦金属圆柱波导产生的毫焦耳级太赫兹能量与电子束作用，并最终在5mm长度上使电子获得最高1.1 MeV的能量增益及210 MV/m的平均加速梯度，将当前国际上太赫兹波驱动的电子能量增益最好结果提升了近一个量级。 　　未来，研究团队将基于这一太赫兹表面波模式驱动电子加速的全新方案进一步发展集成化的全光学电子加速技术，并拓展其在小型辐射源及材料检测等领域的交叉应用。 　　相关研究工作的合作团队包括北京航空航天大学与张江实验室等，该工作共同第一作者为上海光机所博士研究生余谢秋与特别研究助理曾雨珊，工作得到了科技部重点研发计划、中科院先导B、基础研究特区计划、中科院人才引进计划、国家自然科学基金、中科院青促会和上海市科技启明星扬帆计划等支持。图1 太赫兹表面波驱动电子加速实验示意图图2 实验测得的最大电子能量增益结果图3 自由空间(a)与金属圆柱波导(b)太赫兹耦合状态下，加速波导内的电场强度对比(c)

太赫兹(Terahertz)波在电磁波谱中占有一个很特殊的位置，并具有一系列特殊性质和重要的学术应用价值。在2005年12月举行的以“太赫兹科学技术的新发展”为主题的第270次香山科学会议上，与会专家就发展我国太赫兹科学技术进行了交流和研讨。　　“空白”渐成热点　　太赫兹波是指频率在0.1～10THz(波长为3000～30微米)范围内的电磁波。它在长波段与毫米波、亚毫米波相重合，而在短波段与红外线相重合，在电磁波谱中占有一个很特殊的位置。太赫兹这一位置正好处于科学技术发展相对较好的微波毫米波与红外线光学之间，但由于太赫兹波源问题一直未能得到很好的解决，因此形成了一个在研究上相对落后的“空白”。太赫兹在长波方向主要依靠电子学技术，而在短波方向则主要依靠光子学技术，在电子学与光子学之间的这一“空白”蕴含着深刻的物理含义。　　经过近十几年的研究，国际科技界认为，由于太赫兹的频率很高，所以其空间分辨率也很高 又由于脉冲很短(飞秒)，具有了很高的时间分辨率，太赫兹成像技术及太赫兹波谱技术由此构成了太赫兹应用的两个主要关键技术。同时，太赫兹的能量很小，不会对物质产生破坏作用，所以与X射线相比更具优势。　　国际上对太赫兹辐射已经达成了如下共识，即太赫兹是一种新的、有很多独特优点的辐射源 太赫兹技术是一个非常重要的交叉前沿领域，给技术创新、国民经济发展和国家安全提供了一个非常诱人的机遇。　　目前，包括长青藤大学在内的数十所美国大学都在从事太赫兹研究，美国国家基金会、国家航天局等都对太赫兹研究给予了大规模的投入 英国、德国、俄罗斯的多所大学也都设立了专门进行太赫兹研究的项目。在亚洲，韩国、新加坡等也都积极开展了这方面的研究工作。目前已经在全世界范围内形成了一个太赫兹技术的研究高潮。　　诱人的机遇　　会议执行主席、电子科技大学刘盛纲院士介绍说，太赫兹的独特性质使它具有非常重要的多方面应用。　　在科学研究方面，太赫兹成像和太赫兹波谱学在物理学、化学、生物医学、天文学、材料学和环境科学方面有着极其重要的应用。太赫兹波除了可以成像外，还可作为一种特殊的探针用来对物质内部进行深入研究，利用太赫兹辐射还可以探测出高温、高密度等离子体中密度的分布空间。　　太赫兹在生物医学应用上被一致看好，如皮肤癌的诊断和治疗、药物的分析和检测、大分子生物学研究的发展等。由于生物大分子的振动和转动频率均在太赫兹波段，因此太赫兹在粮食选种、优良菌种的选择等农业和食品加工行业有着良好的应用前景。　　太赫兹辐射可以穿透烟雾这一特点，还可用于检测有毒、有害分子，在环境监测和保护方面有着重要的作用。利用太赫兹的穿透特性，美国已经开始用太赫兹技术检查邮件和识别毒品，并用于对航天飞机的无损探伤。　　太赫兹在雷达和通信方面，特别是在太空通信方面的巨大优势是没有疑问的。太赫兹卫星太空成像和通信技术将成为一个重要的研究领域。而且太赫兹技术是新一代IT产业的基础。在日本，以太赫兹技术为基础的新一代IT产业已开始逐步形成。　　突破关键技术“瓶颈”　　刘盛纲说，在太赫兹技术及应用中，辐射源和检测技术是两个主要问题。大功率太赫兹辐射源研究是太赫兹技术发展的重要环节，在研究中既要重视半导体太赫兹源和基于光子学的太赫兹源，又要重视真空电子学在太赫兹领域可能有的重要贡献。太赫兹探测技术是研究的另外一个重要环节，既要重视发展温室的太赫兹检测技术，也要重视灵敏度高的、低温检测系统。此外，太赫兹功能部件如传输线等的研究也很重要。　　与会专家建议，加强太赫兹在国防及国家安全方面的应用研究，如太赫兹穿透物质成像技术可用于太赫兹雷达、精确制导等 尽快建立实用的、可调谐的、高功率的太赫兹研究平台，这将有助于推动我国太赫兹技术的研究与应用。通过国家投入、鼓励企业参与、加强国内外交流等，力争用两个五年计划的时间，即到2015年，使我国在太赫兹源、太赫兹检测、成像及波谱技术等关键领域都有所突破，在理论和实验研究方面与国际同行站在同一个起跑线上，并取得一批拥有自主知识产权的实用技术和产品。