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中紅外和遠紅外波段，頻率最高可達100THz。由于太赫茲波在電磁波譜中的位置十分特殊，它處在電子學和光子學的交叉領域，所以既不*適合用經典的光學理論來解釋，也不*適合用電子微波理論來研究。

因此，以往在相當長的一段時期內太赫茲波段被認為是電磁波譜中的“jin區”。目前THz科學已經成為前沿的交叉學科。

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數量級，頻譜范圍非常寬，是良好的信息載體，能夠覆蓋蛋白質和du品等大分子的轉動振蕩頻率，這些大分子都在太赫茲波段具有很強的吸收和諧振，構成了相應的太赫茲特征譜，可以用于成分識別。

b）高分辨性：太赫茲激光器的脈沖為皮秒量級，能夠達到很高的時間分辨率，可以用于生物樣本等對時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速和目標探測。 

c）低能性：太赫茲的光子能量僅為毫電子伏特，不到X射線光子能量的百分之一，不會產生電離效應破壞被檢測的物質。 

d）電磁特性：太赫茲電磁波特性可以突破“黑障區”（等離子鞘套），可用于空間飛行器通信。 

e）穿透性：太赫茲輻射對非金屬穿透能力很強，對于日常所見的大部分介質，比如塑料、布料、陶瓷、紙張、木材、電介質等均具有很強的穿透性，衰減系數比超聲波小2~3個數量級，但很難穿透金屬材質和水，可以用于內部質量檢測。

三、太赫茲波的應用

太赫茲波的*性能給通信、太赫茲成像、材料的研究和檢測、軍事等領域帶來重大的影響，使得太赫茲波的研究備受關注。

目前，太赫茲波應用的兩個關鍵技術分別是太赫茲成像技術和太赫茲波譜技術。對太赫茲成像技術的研究主要集中在遠距離探測和成像、檢測材料結構特征和內部信息上，它可以作為探針，對物質內部波譜特性、化學成分、結構特征等進行深入研究。

在生物醫學領域，DNA探測、太赫茲醫學應用、太赫茲生物化學應用以及藥物的分析和檢測等方面有著強大的功效和應用前景，可以大大推動醫療器械的改進和藥物的研制和鑒定。

在環境科學方面，太赫茲輻射可以穿透煙霧，檢測到煙霧中的有毒氣體和粉塵，美國等發達國家已經研制和應用太赫茲環境監控設備。

此外，太赫茲波在國防、返恐等方面有著*的優勢。利用太赫茲波譜可以快速、有效的檢查和識別du品，檢測飛機、火箭等重要設備的故障。太赫茲衛星太空成像和通信技術將成為日后大國關注的重要領域。

  太赫茲雷達和太赫茲通信的應用  

、太赫茲波的產生

太赫茲波產生的主要途徑有：半導體表面、偶極天線、光激發氣體激光、自由電子激光、量子級聯激光、以及非線性晶體的非線性轉換等方式。產生太赫茲波的設備都過于龐大而且昂貴，相比之下，基于紅外非線性晶體的頻率變換技術獲得的太赫茲輻射具有室溫運轉、調諧范圍寬、功率高、窄線寬輸出、體積小、重量輕、攜帶方便等優點。

ZnTe（碲化鋅）晶體和GaSe（硒化鎵）晶體就是產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族化合物半導體材料，具有探測靈敏度高、探測帶寬寬、穩定性強等特點，室溫下禁帶寬度約為 2.26 eV，具有立方閃鋅礦的結構。ZnTe 具有非常優良的光電特性，在光電子學、自旋電子學等領域有巨大應用潛力，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，是常用的通過光整流效應生成THz輻射場的電光晶體。

  ZnTe晶體結構模型  

<110>晶向的ZnTe（碲化鋅）晶體常通過光學整流來產生太赫茲振蕩。光學整流效應是一種二階非線性效應，也是一種特殊的差頻效應。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）將會產生從0到幾個太赫茲的電磁波。

ZnTe晶體  

太赫茲脈沖可通過另一個自由空間的<110>晶向ZnTe實現光電探測。太赫茲光脈沖會使ZnTe晶體產生雙折射，因此當太赫茲光脈沖和可見光脈沖同時在ZnTe晶體中直線傳播時，可見光的偏振狀態將會因此發生變化。

使用λ/4波片，偏振分光體，以及平衡光電二極管，我們可以完成對可見光的偏振狀態的監控，從而得知太赫茲光脈沖的振幅，延遲等各種參數。而這種監測太赫茲光脈沖的完整電磁場信息（振幅和相位延遲）的能力，是時域太赫茲光譜儀*吸引力的特性之一。

公司ZnTe晶體與GaSe晶體同樣應用為：太赫茲時域系統、太赫茲源晶體、中遠紅外氣體探測、CO2激光的SHG、太赫茲成像。

公司ZnTe晶體接受客戶定制服務，有多種尺寸可選，并為客戶導向解決方案。

  ZnTe晶體的透過率曲線  

  ZnTe晶體實驗室光路系統  

脈沖穿過2mm的ZnTe晶體及  

  對應的傅里葉光譜  

六、太赫茲晶體-GaSe（硒化鎵）

GaSe晶體是負單軸層狀半導體晶體，擁有六邊形結構的62m空間點群。GaSe晶體層與層之間van der Waals力相結合。

由于這種弱力相互作用導致其極易沿層方向(0001)解離，解離后的自然表面非常平整光滑，無需進一步的拋光處理既可以進行測試或用于頻率轉換應用研究。對該晶體使用的一個很大限制在于質軟，易碎。

GaSe晶體化學性能比較穩定，在室溫環境下可以存放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  

可用于太赫茲波產生的  

 非線性晶體吸收系數  

GaSe晶體抗損傷閾值高，300K時禁帶寬度為2.2eV，非線性系數大（54pm/V），非常合適的透明范圍，以及超低的吸收系數，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晶體的線性吸收系數較紅外波段大，但它仍然比其它幾種非線性光學晶體有很明顯的優勢。

GaSe晶體的透過率曲線 

  GaSe晶體的透過率曲線  

GaSe晶體的太赫茲振蕩能達到有非常寬的頻域，至41THz。因寬帶太赫茲振蕩和探測使用的是低于20飛秒的激光光源，GaSe發射-探測系統能獲得與ZnTe可比的甚至更好的結果。通過對GaSe晶體厚度的選取，我們可以實現對太赫茲波的頻率可選擇性控制。

公司GaSe晶體與ZnTe晶體應用：太赫茲時域系統、太赫茲源晶體、中遠紅外氣體探測、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，有多種尺寸可選，并為客戶導向解決方案。

  GaSe晶體實驗室光路系統  

  GaSe晶體EOS測量及反演結果