太赫兹近场扫描成像系统

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  • 博微太赫兹信息科技有限公司是由中电博微电子科技有限公司控股的高科技企业,注册资本共8200万,团队成员具备太赫兹安检基础技术、系统技术和应用技术的研发设计能力,研发团队90%以上具备硕士及以上学历,平均年龄30岁。 公司依托中国电子科技集团公司军工背景,率先成为央企改革试点单位,布局公共安全大产业。在掌握核心技术基础上,与时俱进、自主研发,以“中国智造”太赫兹高科技产品,成为我国的安检安防行业的领跑者。 首创的“TeraSnap”太赫兹人体安检仪,采用了国际领先的被动式太赫兹人体成像技术,是目前国内唯一具有自主知识产权,并率先获得公安部认证的采用太赫兹技术的安检产品。公司致力于打造“更安全、更可靠、更文明、更高效”的人体安检产品,引领和带动未来安检的技术革新,提供更完美的人体安检解决方案。
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  • OBE太赫兹作为一家专注于智能安防和智慧安检的专业服务商,致力于为全球范围内的政府、机场、公安司法、海关口岸、会议会展中心等多领域的客户,提供门控、智能出入口及科技安检的整体解决方案。 ????通过与中科院、航天院所、高等院校等国内一流科研机构合作,OBE太赫兹研发并生产了适用于多领域应用的被动式太赫兹、主动式毫米波人体安检设备,并结合全球领先的潜在情绪智能分析系统,帮助客户解决出入口管理及安全保障的问题,用世界一流的科学技术,让世界更安全更美好!
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  • 浙江万旭太赫兹技术有限公司于2015年07月14日成立。法定代表人陈家标,公司经营范围包括:太赫兹波技术及产品研发、销售及运用推广;从事生物技术、医药技术、农业技术、污水处理技术领域内的技术研发、技术服务、技术转让;第二类医疗器械的研发、生产;从事商品及技术的进出口业务;化妆品、纺织品、服装、鞋帽、日用百货、第一类医疗器械、消毒产品的批发、零售等
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太赫兹近场扫描成像系统相关的仪器

  • 高速太赫兹扫描成像仪高速(5000帧/秒)、高分辨率(1.5mm)太赫兹成像扫描系统基于先进技术研制出一套高速(5000帧/秒)、高分辨率(1.5 mm)太赫兹成像扫描系统,主要用于工业检测领域应用。该系统主要包含线性太赫兹高速相机和太赫兹源(100GHz)设备,二者可同步协调工作成像速度高达5000帧每秒,紧凑的体积设计适于集成便于工业应用的需求。除此之外,该系统满足于绝大多数传送带的要求,扫描速度高达15m/s。系统里集成的超快线性传感传感器满足了大多数工业无损检测和质量控制等应用的需求。关键词:太赫兹高速相机,太赫兹源,太赫兹成像系统,高速太赫兹成像系统,太赫兹扫描系统u 该套设备的主要特点如下:成像速度高达5KHz扫描速度高达15m/s成像频率为100 GHz像素:256 x 1专用软件(TeraFast)可提供定制化方案u 该套系统涵盖的产品主要如下:A. 太赫兹高速相机(基于先进技术研制的半导体阵列芯片)参数如下:Number of pixels: 256 (256 x 1)Image acquisition rate: 5000 fps (5KHz)Piel size: 1.5 x 3 mm2Responsivity: 8000 v/wImaging area: 384 x 3 mm2Min detectable power/pixel: 100nw (at 5000 fps) 45nw (at 1000 fps) 14nw (at 100 fps) Dimensions of device: 450 x 160 x 44 mm3Sync out : TTL (+5 V)Included software: TeraFast ViewerInterface: mini-USBPower supply: 24V/20W太赫兹源(基于IMPATT 技术)参数信息:Type IType ⅡFrequency100 GHz100 GHzPower per pixel20 uw140 uwImaging system dynamic range24 d B30 d BOptical systemPTFE opticsReflection opticsTechnologyIMPATTSuper-Hero IMPATT 详情请见如下链接:Type I / Type II THz wave sources for High Speed Linear scanneru 该套高性价比的太赫兹成像扫描系统,应用领域广泛,主要覆盖药学、化妆品、木材加工、食品、快速消费品包装、建筑材料、汽车工业、农业、安检等众多领域。
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  • TeraSpike THz近场探针 微区探针(TeraSpike microprobe series)品牌:Protemics型号:TeraSpike TD-800-Z (纵向场微探针)TeraSpike是新一代的微探针,用于太赫兹频率范围内电场的光电导检测。基于客户的反馈和不断增长的应用驱动的需求,我们对近场探针进行了彻底的重新设计并且开发成功。新的探针是一款多用途表面近场电场探测器,适用于太赫兹波长范围内,具有前所未有的性能,可靠并且可适应。它可以完美地集成到太赫兹时域系统,在860 nm以下光激发,这是最高性价比的解决方案,将您的系统变成功能强大的高分辨率近场太赫兹系统。 。产品特点:市场上最小的THz探针专利设计空间分辨率可达3um探测频率范围:0-4THz适用于所有基于激光的THz系统安装可兼容标准的光机械组建典型激发光强度1-15mW(1-5uJ/cm2)集成过载保护电路应用:l 太赫兹研究:超材料,等离子体,石墨烯,波导l 高分辨率太赫兹近场成像 l 非接触式薄膜电阻半导体成像l MMIC器件特性分析 l 无损检测芯片l 时域反射计(TDR)测量脉冲激发的THz超物质表面的近场图像测量激光刻蚀多晶硅晶圆的薄层导电率图像 基于飞秒激光的THz系统 THz探针典型参数?TeraSpike TD-800-Z- A-500G Max. spatial resolution 8 μm PC gap size 5 μm Dark current @ 1 V Bias 0.4 nA Photocurrent (*) 0.5 μA Excitation wavelength 700 .. 860 nm Avg. excitation power 0.1 .. 4 mW Connection type SMP
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  • 产品概述:CCT-1800太赫兹时域光谱仪是深圳市太赫兹研究院自主研发的紧凑型、实验室级太赫兹时域光谱仪。整机结构紧凑,可灵活搭配透射、反射、成像等模块,测试可获得物质的时域谱、频域谱、介电常数、折射率谱、相位谱、吸收谱、时域成像、频域成像、吸收谱成像等参数。产品性能稳定,重复性高,适用于生物、医学、化学、农业、制药、材料、食品、药品等领域的太赫兹研究和检测。产品特点:1、结构紧凑、体积小、可靠性高、维护简单2、二维扫描平移台可根据使用需要,控制居中或者收回,节省空间3、主机+功能模块的总体设计,光谱/成像功能灵活切换、可拓展性强4、多个可选配的功能模块:横式透射谱线模块、竖式透射谱线/成像模块、反射谱线/成像模块5、扫谱速度:30Hz,扫描成像范围:50mm*50mm6、测试控制软件+数据分析软件,使用简单7、智能云平台,共享太赫兹图谱库。
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  • 突破!我国首台太赫兹扫描隧道显微镜系统研制成功
    2022年2月,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,为国内首套自主研制的太赫兹扫描隧道显微镜系统。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具有广泛应用。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Frank Hegmann教授,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、美国等著名科研团队纷纷开展相关技术研究。但我国在该领域的研究一直处于空白。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),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、超快化学等诸多领域,有望取得具有重要国际影响力的原创性科研成果。该研究得到国家自然科学基金委太赫兹基础科学中心、广东省科技厅、广州市、黄埔开发区等相关项目的资助。 THz-STM系统硅重构表面原子分辨(左),金表面原子分辨(右)
  • 国内首套太赫兹扫描隧道显微镜系统研发成功
    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
  • 中科院研发太赫兹扫描隧道显微镜
    ▲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。

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  • 【原创大赛】超快太赫兹-扫描隧道显微镜(THz-STM)—调控单原子隧道电流

    【原创大赛】超快太赫兹-扫描隧道显微镜(THz-STM)—调控单原子隧道电流

    原子级上电流的超快控制对纳米电子未来的创新至关重要。之前相关研究表明,将皮秒级太赫兹脉冲耦合到金属纳米结构可以实现纳米尺度上极度局部的瞬态电场。 近期,加拿大阿尔伯塔大学(University of Alberta)Frank A. Hegmann教授研究组在美国RHK Technology公司生产的商用超高真空扫描隧道显微镜(RHK-UHV-SPM 3000)系统上自主研发了太赫兹-扫描隧道显微镜(THz-STM),首次在超高真空中对Si(111)-(7×7)样品表面执行原子分辨率THz-STM测量,展示了超高真空中的THz-STM探索原子精度的超快非平衡隧道动力学的超强能力。[align=center][img=,500,264]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807311403502131_145_981_3.jpg!w500x264.jpg[/img][/align][align=center]图1:利用THz-STM在超高真空中控制极端隧道电流[/align] 在图1(a)中可以看到,超快太赫兹(THz)脉冲通过反向视窗上的透镜(左侧)聚焦到超高真空(中间)的STM探针上,在隧道结(插图)处产生隧道电流。图1(c)中展示了耦合到STM针尖的太赫兹脉冲引发随时间变化的偏压(VTHz(t),红色实线),驱动超快太赫兹感应电流(ITHz(t),蓝色实线),从而产生整流的平均隧道电流。太赫兹脉冲极性(0°, 90°, 180°)可用于控制太赫兹脉冲引起的整流隧道电流,如图1(e)所示。电子从样品向尖端流动,产生负的太赫兹极性,从尖端到样品具有正的太赫兹极性。[align=center][img=,500,358]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807311405019168_3214_981_3.jpg!w500x358.jpg[/img][/align][align=center]图2:Si(111)- (7×7)上的单个原子非平衡隧穿的超快控制[/align] 极限太赫兹脉冲驱动的隧道电流高达常规STM中稳态电流的107倍,实现了以0.3nm的空间分辨率对硅表面上的单个原子成像,由此确定在高电流水平下的超快太赫兹脉冲驱动隧道确实可以局域化为单一原子。此外,测试结果表明解释Si(111)-(7×7)上的太赫兹驱动的STM(TD-STM)图像的原子波纹(其中数百个电子在亚皮秒时间尺度内隧穿),需要理解非平衡充电动力学由硅表面的太赫兹脉冲引起。同时,单个原子的太赫兹驱动隧道电流的方向可以通过太赫兹脉冲电场的极性来控制。在太赫兹频率下,类金属Si(111)-(7×7)表面不能从体电子屏蔽电场,导致太赫兹隧道电导与稳态隧道电导基本机制的不同。很显然,这样一个极端的瞬态电流密度并不会影响所研究的单原子STM针尖或样品表面原子,如同在传统STM测试中具有如此大小隧道电流的Si(111)-(7×7)一样。[align=center][img=,500,214]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807311405376531_6859_981_3.jpg!w500x214.jpg[/img][/align][align=center]图3:太赫兹感应电流中的热电子[/align] 在高太赫兹场中观察到了来自热电子的隧道电流的额外贡献。超快太赫兹诱导的带状弯曲和表面状态的非平衡充电打开了新的传导通路,使极端瞬态隧道电流在尖端和样品之间流动。半导体表面的THz-STM为原子尺度上的超快隧穿动力学提供了新的见解,这对于开发新型硅纳米电子学和以太赫兹频率工作的原子级器件至关重要。[b]参考文献:[/b]1. Tyler L. Cocker, Frank A. Hegmann et al. An ultrafast terahertz scanning tunneling microscope. Nature Photonics, 151(2013).2. Vedran Jelic, Frank A. Hegmann et al. Ultrafast terahertz control of extreme tunnel currents through single atoms on a silicon surface. Nature Physics, 4047(2017).

  • 2016国产磁测量好仪器系列之五:磁场测量扫描成像系统F-30

    2016国产磁测量好仪器系列之五:磁场测量扫描成像系统F-30

    2016国产磁测量好仪器系列之五:磁场测量扫描成像系统F-30原创:李响、杨文振、薜立强、冀石磊、郑文京 工程师,北京翠海佳诚磁电科技有限责任公司推荐:陆俊 工程师,中科院物理所磁学室2016年10月28日一句话推荐理由:国产半导体器件的骄傲之作应用在中强磁场测量上的好仪器。一、引言 磁场无形,但又无处不在,无时无刻不在直接或间接的影响着我们的生活,比如地磁、磁卡、电机、变压充电器、电磁炉、微波炉、手机、磁盘、钞票、耳麦、磁悬浮列车、核磁共振成像仪这些让我们每天都在和各种各样的磁场打交道,然而对于磁场如何衡量,如何产生如何测量恐怕较少有人去关注,简单概括几点:一是磁场的单位,常用的单位是奥斯特,国际单位安每米比较小(1 Oe ~ 79.6 A/m),注意严格来讲不要将单位表达成高斯或特斯拉这两个磁感应强度单位,因为磁场强度和磁感应强度概念上完全不同,尽管二者可根据(经常以空气或真空的)磁导率相互变换,即1奥斯特磁场在真空或空气中诱导的磁感应强度为1高斯或万分之一特斯拉。二是磁场的产生,首先地球是跟我们关系最密切的磁场源,地表磁场大约为0.5奥斯特,随纬度升高有缓慢增强趋势;其次是为了产生变化磁场,可以通过永磁体机械组装的方式,也可以使用线圈中通过电流的方式,根据线圈材料或结构的不同可以形成不同类型的通电线圈磁场源,比如超导线圈在不消耗能量情况下维持100kOe以上的磁场,高强度导电材料及结构制成的1MOe以上的脉冲强磁场;还有一种和磁场产生相反,要尽可能减少磁场,以防止地球磁场或其他干扰磁场对精密传感器造成不利影响,破坏极端条件探索、精密标定测量等任务,这时要用到消磁措施,可以使用主动电流对消与被动屏蔽两种方法,综合利用消磁技术,我们可以获得比地磁场弱10个数量级的洁净磁场环境。三是磁场的测量,相比产生技术方法,磁场测量要复杂得多,其类型有电磁感应、霍尔、磁阻、磁电、磁光、磁致伸缩、磁共振及非线性磁效应等基本原理,其中值得一提的几个包括最通用且测量范围最广的感应线圈磁探测器、前沿科学探索中常用的超导量子干涉仪(SQUID)、地磁或空间磁场探测中常用的磁通门或原子光泵磁力仪、智能手机里植入的各向异性磁阻AMR芯片、磁场计量常用的核磁共振磁力仪以及跟电磁相关的生产及科研任务中常见的中等强度磁场(地磁场上下四个数量级之间)测量上最常见最常用的霍尔磁场计。以上关于磁场的量级、产生与测量方法比较汇总于图1,在中等磁场强度测量应用最广泛的为霍尔传感器,虽然它没有核磁共振磁力仪ppm级的高精度,但它同时具备足够的精密度(通常约千分之一)、高空间分辨、高线性度、单一传感器宽测量范围、成本又相对较低等明显优势,因而市面上高斯计、特斯拉计等中等强度磁场测量仪绝大多数基于霍尔传感器,本文介绍的磁测量产品也基于霍尔磁场计,在前述磁相关的器件及应用产品的质量控制、监护与升级过程中扮演着不可缺少的角色。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/11/201611101944_616260_0_3.png图1 磁场的量级、不同产生与测量方法比较概览图二、背景中科院半导体所从20世纪80年代始研究高迁移率砷化镓(GaAs)霍尔器件,后来经过两代人的薪火传承克服半导体材料制备、内置温度补偿器件设计与测量数字化采样及软件优化上的技术难题逐渐发展成熟,最终落地北京翠海公司,形成CH-1800,CH3600等被用户认可的高斯计产品。近些年为了配合电磁制造业质量提升的业界需求,为电机磁体、核磁共振磁体空间均匀性、多级磁体分布提供系统的测量方案,翠海公司在高斯计的基础上增加无磁运动机构和软件集成,开发出F-30磁场测量扫描成像仪,照片如图2所示。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/11/201611101944_616259_0_3.jpg图2 F-30 型磁场测量扫描成像设备照片三、简介F-30由上位机(装有控制软件)、高精度高斯计(一维或者三维)、与高斯计搭配的探头、多维电控位移台以及位移台的控制器组成,如图3所示。简单来说可以分为两个部分,一部分只是用来采集数据,另一部分只是位移,两个部分搭配起来就组成了这个位移采集系统。位移模块由多维电控位移台和位移台控制器组成,通过操作上位机软件给控制器下命令,控制器就根据命令带动电控位移台各个轴运动,这个电控位移台的参数(台面大小、运动轴长度、运动方式、多少维度)用户可定制,即实现在允许范围内的各个角度、各种形状的扫描。 数据采集模块由高精度高斯计和与高斯计配套的探头组成,电控位移台的轴上有固定的探头夹持位置,采集数据时将探头放在夹持位置上,探头测量的数据实时上传到高斯计上,而高斯计与上位机软件通信连接,上位机则根据需要选择是否记录当前位置的数据。通过上位机软件控制位移台控制器和高斯计,可以将位移台上某个位置与高斯计读到的数据值相关联,一维高斯计读到的就是运动到的点对应的某个方向的数据值,三维高斯计则是一个点上 X 方向的值、Y 方向的值、Z 方向的值、此点上的温度(根据需要探头和高斯计中可有温度补偿功能)及三轴中两两矢量和、总矢量和的数值大小和方向夹角,扫描的数据可以导出保存在 EXCEl 中,根据位置和数据值可由软件绘制出各种需要的示意图:二维标准图、二维颠倒图、二维雷达图、三维曲线图、三维网状图、三维立体图、矢量图、圆柱展开图及多条曲线或多个立体图放在同一张图中进行对照比较。软件中还对常见的几种形状(空间磁场分布、矩形图、磁环、同心圆等)的扫描进行了集成化,只需设置几个参数便可以自动进行扫描,自由度高,精准度高,无需看管。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/11/201611101944_616261_0_3.png图3 F-30型磁场测量扫描成像仪组成框图F-30根据不同的测量件需求可以定制,磁场测量部件的主要技术指标如表1,传感器照片如图4,其测量方向、维度以及尺寸都可以根据需要定制。 关于磁场扫描成像时间,(1)常规扫描:每点扫描时间可设置,一般为保证数据的稳定性,在每点的停留时间为1~2s,总时间由测试工件尺寸和扫描步长决定;(2)快速扫描模式:在位移台运动过程中不做停留,通过高速数据采集获得每点磁场值每点测量可小于0.1s。表1: F-30磁场测量部件主要指标http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/11/201611101944_616269_0_3.jpg运动部件有三个平移与两个旋转自由度,大致示意图如图5,典型测试场景及系统软件照片如图6所示,运动部件指标表2。表2 F-30运动学指标列表http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images

  • 集成太赫兹收发器问世

    美国科研人员开发出了首个集成太赫兹(THz)固态收发器,新设备比目前使用的太赫兹波设备更小,功能更强大。相关研究成果发表在最新一期的《自然·光子学》杂志上。  太赫兹技术是近年来十分热门的一个研究领域,2004年被评为影响世界未来的十大科技之一。美国能源部桑迪亚国家实验室的研究人员将同一块芯片上的探测器和激光器结合在一起,制造出了该接收设备。在实验中,研究人员将一个小的肖特基二极管嵌入一个量子级联激光器(QCL)的脊峰波导空腔中,让能量能够从量子级联激光器内部的磁场直接到达二极管的阴极,而不需要光耦合通路。这样,研究人员就不需要再为制造这些收发器等设备所需要的光学“零件”如何定位而“抓耳挠腮”了。  新的固态系统利用了太赫兹波发出的频率。太赫兹波是指频率在0.1THz—10THz范围的电磁波,介于微波与红外之间,它能够穿透非金属材料,从而为安检、医学成像提供新的手段,在物体成像、医疗诊断、环境检测、通讯等方面具有广阔的应用前景。  量子级联激光器是产生太赫兹辐射的重要器件之一,科学家于2002年演示了半导体太赫兹量子级联激光器。太赫兹量子级联激光器的一个优势在于其能够同其他组件一起被整合在同一个芯片上。然而,此前要想装配出灵敏的相干收发器系统,研究人员需要将零散的、并且常常是巨大的组件组合到一起。而现在,研究人员只是将太赫兹量子级联激光器和二极管混频器整合在一个芯片上,就可以组成一个简单实用的微电子太赫兹收发器。  研究人员也证明,新的太赫兹集成设备能够执行以前组件零散的太赫兹系统的所有基本功能,例如传输相干载波、接受外部信号、锁频等。

太赫兹近场扫描成像系统相关的耗材

  • 太赫兹近场探针
    Eachwave推出的低温砷化镓光电导太赫兹近场探针系列是新一代的高性能光电导型微探针,利用此太赫兹近场探针,样品表面的近场太赫兹电场可被以被空前的分辨率测量,信号质量好,噪声低。这些太赫兹探针可以无缝的与激发波长低于860nm的THz-TDS系统配合使用。THz近场探针提供了一个低成本的解决方案,可将您的THz-TDS升级为高分辨率的近场扫描成像系统。产品特点:— 市场上最小的太赫兹近场探针— 专利设计— 空间分辨率可达3um— 探测频率范围:0-4THz— 适用于所有基于激光的THz系统 — 安装可兼容标准的光机械组建— 集成过载保护电路横向场太赫兹近场探针规格参数TeraSpike TD-800-X-HRHRS最小空间分辨率3um20umPC gap size1.5um2um暗电流 @1V 偏置电压0.5nA0.5nA光电流1uA0.6uA激发波长700..860mW平均激发功率0.1-4mW接头类型SMP纵向场太赫兹近场探针规格参数TeraSpike TD-800-A-500GN最大空间分辨率8 um8 umPC gap size5 um2 um暗电流 @1V 偏置电压0.4 nA0.4 nA光电流0.5 uA0.1 uA激发波长700..860mW平均激发功率0.1-4mW接头类型SMP反射式太赫兹近场探针 反射式太赫兹近场探针是一款收发一体化的太赫兹近场探针产品。探针具有双天线结构,此结构极大的缩短了太赫兹的传输路径,可有效的应用于太赫兹近场时域谱测试以及成像测试系统中。规格参数 型号暗电流@1V偏压光电流激发波长平均激发功率链接头TeraSpike TD-800-TR.5 1.5nA 0.5uA700-860nm0.1-4mW2×SMP适用于1550nm波长的太赫兹近场探针规格参数型号脉冲上升时间带宽激发波长激发功率悬臂材料TeraSpike TD-1550-Y-BF1ps0.01-2.5THz700-1600nm 0.1-4mWInGaAs(n-type)
  • 宽谱高功率太赫兹天线 无偏压太赫兹天线 太赫兹光电导天线
    产品特点 Eachwave推出的新型无偏压高功率宽谱THz发射器是fs激光泵浦的太赫兹源,可以用各种激光器来泵浦(如波长在700-1600nm的低功率振荡器、或者放大器)。它是理想的近场成像THz源,我们同时有太赫兹近场探针可选。当然我们的THz发射器也可以应用于远场光谱的研究以及其他THz应用。我们的THz发射器是基于一个专利技术(德国专利号:DE102012010926 A1),利用双金属光栅结构实现无偏压的光学泵浦THz辐射。THz发射器具有一个很大的可激发面积,激发光的功率可以从5mW高至1W,并不会引起转换效率饱和的现象。主要特点: ——高的转换效率(得益于其先进的纳米级双金属结构设计)——高的辐射功率(得益于其大的可激发面积)——非常适用于TeraSpike微探针的THz源——无与伦比的简单易用——可以被当做点光源来使用,亦或者阵列辐射器——辐射出光具有线偏性——非常的耐用因为没有偏压——没有暗电流辐射特性和工作原理: 近红外或红外的飞秒(建议150fs)脉冲激发TeraBlast太赫兹发射器,发射出的太赫兹脉冲辐射为线性偏振状态。下图是利用我们的太赫兹近场探针(TD-800-X-HRS),通过时域扫描的方法,探测出的太赫兹发射器表面电场。明亮的高频太赫兹振荡部分被局限在几个毫米的的区域,而低频GHz频率则在更广泛的区域被辐射出来。 辐射场的形貌可以根据调节入射激发光束来轻松地改变。太赫兹激发方案: 测试样例 (TeraBlast TD-1550-L-165): 远场自由空间太赫兹时域谱测试,N2环境,探测端为400um厚度的GaP晶体,基于异步采样时域光谱技术详细参数(a) 370mW激发,利用热电探测器测量(Spectrum Detector Inc. SPI-D-62-THz) ; (b) 可根据客户需求定制更大激发面的天线。
  • 太赫兹成像
    太赫兹成像筱晓光子供应太赫兹成像,适用于实验室太赫兹光谱和太赫兹图像的分析。该系列太赫兹成像系统包含:延迟线、太赫兹发生器、太赫兹探测器、光学元件、电子部件,可与任何通讯波段的飞秒激光器进行联用。SpecificationsTeraKit-DTeraKit-OTeraKit-DSTHz generatorDASTOH1 DSTMSFrequency range0.3-11THz0.1-3THz0.1-11THzBest phase matchable wavelength1300-1600nm1200-1460nm1300-1700nmRequirementexternal femtosecond laser souceOptionsTHz imaging with a scanning range of 100mm×100mmTeraIMAGE including pump laser source (70fs or 80fs)
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