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2017光博会:太赫兹光谱的进展
发布时间:2017-9-24 21:04:59 阅读:251

来源:optics.org;中国太赫兹研发网 余郑璟博士 编译

    有关太赫兹技术在现实世界应用时重大突破的小组报告

太赫兹报告人(从上到下,从左到右)分别是: van Mechelen, Nagel, Tsydynzapov和 Deninger.

    对于太赫兹辐射目前的应用情况,本周在德国举行的慕尼黑国际使用激光、光电技术贸易博览会(简称光博会:LASER World of PHOTONICS)上,应用审评组所使用的描述词汇是:颇具现实性——并逐具商业价值。一场在B2楼繁忙进行的会议中,会场主席是来自Toptica Photonics公司的Thomas Renner博士,以及来自德国赫夫弗劳恩霍夫电信研究所(HHI Fraunhofer Institute for Telecoms)的Martin Schell 教授,他们对目前的状况进行了概要的介绍。

    设想一下太赫兹技术的广泛应用领域,从造纸业的过程监督,到对不透明塑料管材的远程测量,再到对半导体材质内瑕疵的甄别,或者对化学气体成分的分析。

    绝大多数情况下,太赫兹辐射的光源是飞秒激光器、DFB二极管激光器或者量子级联激光器。本次小组的会议对于目前已有的激光和太赫兹天线技术,所需测量技术以及首次成功的工业应用进行了回顾。

    首先,来自德国马尔堡大学( Philipps Universität Marburg)的Martin Koch教授对于太赫兹光谱的工业应用进行了简要的回述。他评论到,“在过去几年中,太赫兹频段的光谱——从0.1到几赫兹——越来越多的引起大家的兴趣。结果就是太赫兹系统的应用得到了大力的发展,包括在内科诊断、安检安保、工业生产过程监控等领域。下面的报告就是针对太赫兹光谱系统在真实世界中的应用,以及最近的发展动态。”

    纸张与漆面检测

    来自瑞士工业巨头ABB研究公司的Dook van Mechelen在会议上表示:“不断成熟的太赫兹科技正在为其工业应用铺平道路。当然,在过程工业中其实已经成功的应用了光学传感器和相关的技术。所以,核心的问题就是太赫兹科技如何才能真正脱颖而出,真正创造额外价值,使它的高价值创造高收益。在ABB, 我们就针对工业环境中大量不同类别的纸张进行了综合的研究,”他补充谈到,近几年来,太赫兹技术实际是努力在高手如林的光学测量空间中站稳自己的位置。“经历了早在2005年就开始的‘期望膨胀期’,太赫兹系统就开始进入‘理想破灭期’。”但是乐观派还是有原因的。在ABB, 我们自己的产品测试就很广泛,从厕所用纸、纸板到100 gsm复印纸。

    他总结到:“太赫兹科技的应用已然准备妥当。它更便宜、更高效,但是它的可行性需要在工厂生产中得以体现,从而可以拉动市场需求。最初最受欢迎的工业级杀手应用是未干油漆层分析仪,这在汽车制造业中很有应用前景。”

    无损检测太赫兹微探针

    来自Toptica Photonics公司的Michael Nagel博士表示:“太赫兹辐射对于多种无损检测的应用可谓益处多多。但是一个主要的局限就是相对而言,它的波长较长,从而无法生成纳米级结构的空间分辨率,或者它的局限就是因为标准光学衍射极限而出现缺陷。”在他的讲话中,他呈现了一系列采用光电导探针发射器和探测器的传感应用实例。

    “微探针设备现在可以发射高效太赫兹信号,将微米和纳米级结构进行转换,相对于衍射极限标准的方法,这的确是一大优势。这类无损检测应用领域涉及太阳能电池、IC包、导电超薄薄膜的检测以及太赫兹研究相关领域的应用。”

    多像素相机实时成像

    来自美国TeraSense公司的 Gombo Tsydynzapov 博士接替他的同事Vlacheslav Muravev博士进行了发言。他说到:“在太赫兹科技领域最受欢迎的应用就是实时太赫兹成像,这也是现在最高的要求。我们的多像素半导体太赫兹相机有两个最基本的配件:一组THz宽带探测器以及IMPATT-二级管光源。我们特别强调输送装置生产环境的线性扫描以及远程太赫兹安检扫描器。我们生产的这两种产品在安检、纺织和制药工业中已经通过了成功的测试。尽管取得了一些成功,但早期的测试却也展示出了一系列未见的局限,这对太赫兹科学界来说,也是提出了一系列的挑战,例如干扰、衍射和分辨率等等。好的方面是,它的确在很多情况下运行良好,如果被测对象的材料越统一,效果就越好。所以,现在的基本情况是需要开展更多的研发工作。”

    过程与质量控制

    在小组报告中,来自Toptica Photonics公司的Anselm Deninger 博士总结发言,“最能实现太赫兹‘杀手级’应用的候选方案是在工业过程中,对质量进行监控。当然,这一领域的要求十分严格:在真实的应用环境中,理想的情况下,太赫兹系统应该完成每秒种内对于成百上千件产品的测量,即便是在非常嘈杂的环境中也可以产生非常精确和可再现的检测结果。”

    他也谈到了如何去应对挑战的两种新型科技手段。第一种概念涉及到双锁相超快激光,出现在传统时域太赫兹系统中电子延迟 (“电子控制光学采样”,简称ECOPS) 会替代机械延迟。经证实,ECOPS系统可以实现每秒对超过1000厚度样本测量。

    第二种方法更快,可对单个太赫兹脉冲强度进行探测,测量速度可以高达100 MHz。这种方法可以对快速引动样本进行筛选。报告中会呈现测量的原理证论,以及阐明每种方法的可能性。

 
 

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