深入了解THz波的独特特性

THz波的性质是由其在电磁波谱中的位置决定的,其特殊的位置赋予了THz波独特的性质和广阔的应用前景。下面将分别介绍THz波的几个重要特性。

(1)THz波段包含了丰富的光谱信息

许多大分子的振动和转动能级、超导体的能隙、半导体在磁场中的朗道能级都处在这一波段,因此THz波可作为有效的探针,提供关于物质的理化性质、光谱特性、分子动力学过程等重要信息,同时又能对物质进行特征识别和传感检测,在材料科学和生物医学研究领域获得了广泛的应用。

(2)THz波对多数介电材料和非极性物质具有非常好的穿透性

通常,电磁波入射时与物质的相互作用主要由物质界面的反射、物质的吸收和微小结构散射三部分组成。物质界面处电磁波的反射率主要由折射率决定,一般而言,折射率越大,反射率越高,这可以由菲涅尔反射公式推得。物质的吸收是由物质的能级结构和电磁辐射的光子能量之间的关系决定的。THz波的光子能量低于大多数化学键的键能,因此其在多数介电材料中的吸收损耗非常小。物质对电磁波的散射使得电磁波在物质中的实际传播距离远大于其进入物质的深度,进而会引起极大的损耗。THz波的波长普遍在几百微米量级,远远大于PM2.5、PM10等常见空气污染物的尺寸,这使得THz波在大气中散射引起的损耗远小于可见光和红外线。总之,THz波对很多介电材料与非极性物质具有良好的穿透性,从而被广泛应用于对光波段不透明物体的透视成像。(www.xing528.com)

(3)THz波具有非常低的光子能量

光子能量是由频率决定的,相比于X射线上千电子伏特的光子能量,THz波的光子能量非常低,只有几毫电子伏特。这一能量低于大多数化学键的键能,因此不会引起有害的生物、化学电离反应,这一特性在人体安检和生物样品无损检测方面尤其可贵。此外,由于水分子对THz波有非常强烈的吸收,THz波在高效地透过衣物之后,只能停留在人体皮肤表层,而无法穿透到人体内部,因此THz波可以作为人体安检的理想光源。

(4)THz波的带宽特性

与微波和无线电波相比,THz波的波长更短、频率更高、单位时间内承载的信息更多,而且信号发射的方向性更好,适用于短程无线宽带局域网通信和卫星间通信。