产品介绍

太赫� (THz) 波是频率为~0.1-10 THz (~3 mm - 30 ��m� 3 cm-1 - 300 cm-1) ，介于微波和中红外区域的电磁波、�span>和可见和红外光相比，THz波可以穿透常规的材料，如：皮肤，塑料，衣服或者纸材料。由于光子能量低，因此，他不会造成和离子辐射（X光）一样的损害。这些特点使其能够应用在处理（如药物生产），质量控制以及THZ成像领域。现在也很多人想把它应用在安保，包裹检查，半导体特征分析，化学组成分析以及生物研究领域、�/span>

对于传统的THz应用，我们采用High Resistivity Float Zone Silicon (HRFZ-Si)材料，因为他是研究得*多的材质，而且在THz波段有很好的透过率。同时，我们也研究了可应用在THz波段的其他材料、�/p>

在下面，你就能看到我们采用的其他材料�?/span>THz波段的透射光谱和其他特点。我们用ABB皃�/span>FTIR光谱�?/span>Bomem DA3咋�/span>Bruker IFS 125HR (测量精度丹�/span>2-3%@< 100 ��m：�/span>4-5% @> 100 ��m)来测野�/span>THZ波。近红外的测量采�?/span>Perkin Elmer皃�/span>“Lambda- 9� (测量精度< 0.5%)、�/span>

1�晶体

晶体如硅，石英和蓝宝石在THZ光学元件中都是常用的材料、�/span>

1.1高阻硄�/strong>(HRFZ-Si)

除了人造钻石，高阻硅是**的适合极宽范围�?1.2 ��m) 到mm (1000 ��m)波的各项同性晶体材料。和钻石相比，它要便宜的多，并且生长制造更容易。而且他尺寸更大，更容易制造，THZ技术的快速发展，就基于该优点。对于THZ应用，我们提供在1000 ��m (对于更长波长�?000甚至8000微米)透过率达�?0-54%的High Resistivity Float Zone Silicon (HRFZ-Si)、�/p>

Fig.1 Transmission and reflection of HRFZ-Si 5.0 mm-thick sample in THz range.

HRFZ-Si 在THZ波段传输损耗低。如�?所示，HRFZ-Si 中的THZ波形和空气中的波形非常相似。这表明HRFZ-Si 的吸收很少、�/p>

Fig.2 The THz signals transmitted through air and HRFZ-Si.(*)

合成电解质硅的介电常数由传导率决定（例如：自由电�?载流子浓度）。图3显示的是�?THZ下，不同纯度下的硅的介电常数.低掺杂的介电常数接近真实值，大约等于高频介电常数。随着掺杂浓度的提高，真实的介电常数将变成负数，而且不能被忽略。介电常数表征的是THZ波的传输损耗特性。损耗系数可以用下面的公式计算：tan��=1/(��*��v*��0*R)� 这里 �� � 圆频率， ��v � 真空下的介电常数�?.85*10-12 F/m）�?#949;0 –硅的介电常�?11.67)� R是电阻值。例如，1THZ下，10 kOhm 阻值的HRFZ-Si损耗系数为1.54*10-5、�/p>

Fig.3 Real (solid� ��1) and imaginary (dashed� ��2) part of dielectric permittivity of n-type silicon with different impurity concentration at 1 THz.(**)

1.2石英晶体

Z-cut的石英晶体是传输50 ��m以上波长�?*材料之一。Z-cut的石英晶体窗口镜传输可见光，很容易用He-Ne激光器来调准直、�/p>

Fig.4 Transmission and reflection of crystal quartz 1.0 mm-thick sample.

由于色散非常大，石英晶体材料的透镜将对可见和远红外的产生不同的焦距。如果需要对光学系统准直，那就必须考虑透镜的色散：

波长� ��m	no	ne
0.589	1.544	1.553
6.0	1.32	1.33
10.0	2.663	2.571
30.0	2.5	2.959
100.0	2.132	2.176
200.0	2.117	2.159
333.3	2.113	2.156

石英晶体是双折射材料，如果电磁波的偏振态很重要，那就必须考虑双折射问题。我们用X-cut的石英晶体来制作��/2�?#955;/4的THZ波片、�/p>

1.3蓝宝矲�/strong>

蓝宝石和石英晶体一样，对于THZ波段和可见光波段是透明的。可以从下面图看出，对于>600 ��m波段，光谱传输曲线并不取决于厚度的测量误差。在小于600 ��m 波段，样品的厚度�?�?mm，透过率变化很大。对于薄的样品，在很短的波长，透过率就已经饱和了、�/p>

Fig. 5 Transmission and reflection of sapphire samples with different thickness.

就象 HRFZ-Silicon一样，Eachwave提供的蓝宝石也可以在光电导天线上，因为他们对于THZ波段的折射率几乎一样、�/p>

2.聚合�?/span>

在大量聚合物中，有一些对THZ波是透明的，反射率很低。一般意义上说，**的材料是TPX (polymethylpentene)� polyethylene (PE)� polypropylene (PP)，和polytetrafluoroethylene (PTFE or Teflon).对于长波长，这些聚合物的透过率曲线也很平坦� 对于短波长，主要�?200 ��m，内部的不均匀性就会导致一些散射和波动。也就是说，聚合物对短波长呈现出不透明的特点、�/p>

2.1Polymethylpentene (TPX)

TPX 是所有已知聚合物�?轻的。它对紫外，可见和THZ波段是透明的。当然也就是可以用He-Ne激光器来进行准直。该聚合物折射率约为1.46，和波长关系不大:

��� ��m	n
0.633	1.463
24	1.4568
60	1.4559
300	1.46
667	1.46
1000	1.4650
3191	1.466

TPX对mm波的传输损耗非常低。它有非常优良的热阻，并且能抗一些商用的化学品的腐蚀、�/p>

Fig. 6 Transmission of TPX 2 mm-thick sample. THz region.

Fig. 7 Transmission of TPX 2 mm-thick sample. NIR&MIR regions.

Fig. 8 Transmission of TPX 2 mm-thick sample. UV&VIS&NIR ranges.

TPX的主要参数：

密度� g/cm3	0.83
抗张强度	4100 psi~28.3 MPa
拉伸模量	280000 psi~1930.5 MPa
抗张伸展率， %	10
绕曲强度	6100 psi42.1 MPa
绕曲模量	210000 psi1447.8 MPa
热偏温度� ��C	100
融化温度� ��F/��C	464/240
吸水� (ASTM-D 1228)� %	<0.01
透水汽� (thk 25 ��m� 40C� 90%RH)� g/m2*24h	110
透气性y (thk 100 ��m)� cm3/m2*d*MPa	120000

TPX是很硬的固体材料，可以用来加工成不同的光学元件，如透镜和窗口镜。而且通常TPX还可用在CO2激光泵浦分子激光的系统中作为输出窗口镜。因为它对整个THZ波段都是透明的，并且可以反射10微米的泵浦光。TPX窗口镜还可以在低温保持器中作为“冷”窗口。因为TPX在THZ波段的透明度和温度无关，折射率的温度系�?.0*10-4 K-1 (for the range 8-120 K)、�/p>

Fig. 9 Temperature dependence of refractive index.(***)

和其他用在THZ波段的材料比较，TPX的特性更好，例如它是Picarin (Tsurupica)透镜很好的替代品。另外，屹持光电提供的TPX更便宜，而且比Picarin更容易获得、�/p>

Fig. 10 Transmission of 2 mm-thick samples of TPX� Picarin� and HDPE.

2.2Polyethylene (PE)

PE是轻的弹性晶体材料。它可以加热�?10��C，也可以冷却�?45 �� -120��C。PE拥有良好的介电特性，防腐蚀性和抗辐射性。但是，它在紫外波段和油腻的环境下不够稳定。在生物学上来讲，PE很不活跃，很容易处理。在23��C下密度为0.91-0.925 g/cm3，张力流限为8-13 MPa，弹性模数为118 - 350 MPa，在很宽的光谱范围内折射率都约为1.54。通常，高密度的polyethylene (HDPE)也来作为组件材料。除了作为厚透镜和窗口镜，薄的HDPE还可用来作为THZ偏振片。我们用HDPE作为Golay Cell的窗口镜、�/p>

Fig. 11 Transmission of 2 mm-thick HDPE sample. THz region.

Fig. 12 Transmission of 2 mm-thick HDPE sample. NIR&MIR region.

Fig. 13 Transmission of 2 mm-thick HDPE sample. VIS&NIR region.

很遗憾， HDPE对可见光的透过率非常低，因此，它不能用来作为光学系统的准直元件、�/p>

我们还应该注意到HDPE的THZ透射率并不取决于温度，因此可以作为低温保持器的窗口镜。折射率的温度系数为6.2*10-4 K-1 (for the range 8-120 K)�

Fig. 14 Temperature dependence of refractive index (***)

2.3Polytetrafluoroethylene (PTFE� Teflon� in Russian - Ftoroplast)

PTFE 在室温下是一种白色的固体，密度约�?.2 g/cm3。熔点为327��C� �?73��C � 204��C温度范围内它的主要特点都差别不大，在比较宽的波段范围内，折射率都约为1.43、�/p>

Fig. 15 Transmission of PTFE film ~0.1 mm-thick. THz region.

Fig. 16 Transmission of PTFE film ~0.1 mm-thick. NIR&MIR region.

由于�?-7 ��m波段范围内透明度都很高，PTFE薄片通常用来制作IR偏振片。这种偏振片的价格比晶体材料的便宜。这样就使他们在IR偏振应用中能够得到大量使用、�/p>

PTFE的主要参数：

抗张强度	3900psi ~26.7 Mpa
拉伸模量	8000psi ~551.6 MPa
抗张伸展� (%)	300
绕曲强度 (psi)	No break
绕曲模量 (psi)	72000
耐压强度 (psi)	2500
耐压系数 (psi)	70000

总结９�/strong>

所有屹持光电提供的的有机材料，如TPX� PE和PTFE从~200 ��m�?000 ��m都有几乎一致的透过率，达到80-90%。当然，他们也可以传输更长的波长、�/span>

由于反射损耗，晶体材料如硅，石英和蓝宝石在THZ波段的透过率很低。对于硅材料，从50 ��m开始，透过率为50-54%；对于石英，�?20 ��m开始，透过玆�70%；对�?-2mm厚的蓝宝石，�?50 ��m开始透过玆�50%、�/span>