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第一章　太赫兹辐射1

1.1　太赫兹波段和太赫兹辐射1

1.1.1 太赫兹辐射的存在和太赫兹空隙1

1.1.2 太赫兹辐射的特性4

1.1.3 限制太赫兹辐射应用的因素6

1.2　太赫兹波的研究历史8

1.2.1 超快光电子学太赫兹技术的发展8

1.2.2　光学太赫兹技术的发展15

1.2.3 电子学太赫兹技术的发展17

1.3　太赫兹科学现状18

1.3.1 太赫兹科学研究的发展和壮大18

1.3.2 太赫兹科学当前的研究领域20

参考文献21

第二章　太赫兹波的发射和探测27

2.1　光开关模式的太赫兹波发射和探测27

2.1.1 光电导天线27

2.1.2 半导体表面电场和太赫兹发射31

2.1.3 光致丹倍效应和太赫兹发射34

2.2　光整流和电光探测37

2.2.1　光整流效应37

2.2.2 电光检测41

2.2.3 宽带太赫兹辐射的发射和探测45

2.2.4　频率下转换的太赫兹波发射47

2.3　利用空气产生和探测太赫兹脉冲48

2.3.1 空气中产生太赫兹脉冲48

2.3.2　利用空气探测太赫兹辐射54

2.4　其他太赫兹波发射器57

2.4.1　反波管57

2.4.2　耿氏二极管振荡器和倍频器58

2.4.3　气体激光器59

2.4.4　半导体激光器60

2.4.5 同步辐射和自由电子激光器61

2.5　太赫兹波探测器63

2.5.1 辐射热计63

2.5.2　热释电探测器63

2.5.3　热膨胀式探测器64

2.5.4　混频器和差频检测64

2.6　对太赫兹波发射和探测方式的比较66

2.6.1 对太赫兹波发射源的比较66

2.6.2 时太赫兹波探测器的比较66

参考文献68

第三章　太赫兹波光谱和成像69

3.1　太赫兹时域光谱69

3.1.1 太赫兹时域光谱技术69

3.1.2 太赫兹时域光谱的信噪比71

3.1.3　单脉冲的时域光谱测量74

3.1.4　太赫兹差异光谱技术78

3.2　太赫兹波成像80

3.2.1 空间扫描形式的太赫兹波成像技术80

3.2.2　二维太赫兹波成像技术82

3.2.3　飞行时间成像85

3.2.4　合成孔径成像和干涉成像86

3.3　与太赫兹光谱和成像相关的技术88

3.3.1 太赫兹波收发器88

3.3.2 圆渐开线型光学延迟器91

3.3.3 无移动元件的光学延迟器94

3.3.4 太赫兹波时域光谱与傅里叶变换红外光谱的比较96

参考文献97

第四章　太赫兹波与物质的相互作用98

4.1　太赫兹波与自由载流子98

4.1.1　物质在太赫兹波段的介电常数98

4.1.2　物质在太赫兹波段的折射率102

4.1.3 利用太赫兹光谱测量物质中载流子的性质103

4.2　太赫兹波与能级共振态104

4.2.1 电磁波与共振结构的相互作用104

4.2.2 太赫兹反射光谱和晶体的声子振荡107

4.2.3　声子-自由载流子相互作用和太赫兹波发射光谱109

4.3　太赫兹波与光子学结构112

4.3.1 太赫兹辐射的自由空间传播112

4.3.2 太赫兹波的波导传播114

4.3.3 太赫兹波的光子晶体117

4.3.4 太赫兹波与金属表面周期结构的相互作用119

参考文献123

第五章　太赫兹波三维成像技术125

5.1　太赫兹波的计算机辅助层析技术125

5.1.1　计算机辅助层析成像125

5.1.2　太赫兹波层析成像系统126

5.1.3　层析成像和重现128

5.1.4 太赫兹层析成像的空间分辨率132

5.2　太赫兹波衍射层析技术134

5.2.1 太赫兹波的衍射134

5.2.2　太赫兹波衍射层析成像136

5.2.3 太赫兹波衍射层析像的质量分析138

5.3　菲涅耳透镜三维成像140

5.3.1 菲涅耳透镜的性质140

5.3.2　利用菲涅耳透镜进行三维成像143

5.3.3　菲涅耳透镜成像的分析145

参考文献147

第六章　太赫兹波近场显微技术148

6.1 太赫兹波成像的分辨率和近场成像148

6.1.1 太赫兹波成像的分辨率148

6.1.2 亚波长尺度物体的衍射149

6.1.3　远场波和隐失波150

6.2　孔径限制的近场显微技术152

6.2.1 动态光学孔径和太赫兹波显微镜152

6.2.2　针孔限制的太赫兹波显微镜155

6.3　基于电光效应的太赫兹近场成像158

6.3.1 亚波长的太赫兹波发射源158

6.3.2 太赫兹波发射源限制的近场显微镜160

6.3.3　探测器限制的太赫兹波近场显微镜和二维近场显微镜162

6.4　无光学孔径的太赫兹波近场成像163

6.4.1 无光学孔径的近场成像163

6.4.2　针尖对太赫兹波的散射165

6.4.3　针尖对太赫兹波的吸收和太赫兹波近场成像166

6.5　太赫兹波发射显微技术169

6.5.1　针尖与半导体表面之间的太赫兹波发射169

6.5.2　局域的肖特基势垒171

6.5.3　太赫兹波发射显微技术173

参考文献175

第七章　太赫兹波无损探伤技术177

7.1　太赫兹波对物体的穿透性177

7.1.1 物体对电磁波传播的阻碍177

7.1.2　常见物质的太赫兹透射谱178

7.1.3 太赫兹波穿透的限制184

7.2 脉冲太赫兹波成像检查泡沫材料中的缺陷184

7.2.1　应用背景184

7.2.2 太赫兹波在泡沫材料中的传播185

7.2.3　缺陷的脉冲太赫兹像186

7.2.4　对太赫兹波成像的分析188

7.2.5　便携式的太赫兹波成像装置192

7.3　连续波太赫兹检测技术194

7.3.1 不同频率的连续波太赫兹像194

7.3.2　缺陷像的调制度和判定概率197

7.3.3　提高太赫兹检测的速度200

7.4　太赫兹成像对石墨纤维复合材料的检测200

7.4.1　石墨纤维复合材料及缺陷200

7.4.2 石墨纤维复合材料的连续太赫兹波像201

7.4.3 石墨纤维复合材料的太赫兹时域光谱202

第八章　太赫兹波安全检测技术206

8.1　炸药等危险物质的太赫兹光谱206

8.1.1　炸药的太赫兹光谱206

8.1.2　太赫兹波反射和散射光谱210

8.1.3 对炸药太赫兹光谱的理论计算212

8.2　太赫兹波的透视和遥感215

8.2.1 太赫兹波的远距离传输215

8.2.2 太赫兹波的透视成像和检测220

8.3　太赫兹波的站开检测和光谱成像223

8.3.1 太赫兹波的站开检测223

8.3.2 太赫兹波的光谱成像226

参考文献229

第九章　太赫兹技术应用于生物医学230

9.1　生物分子的太赫兹光谱230

9.1.1 生物小分子的太赫兹光谱230

9.1.2　蛋白质和DNA分子的太赫兹光谱响应232

9.1.3 太赫兹差异光谱和生物分子识别235

9.2　太赫兹波与药物的相互作用238

9.2.1　分子的水合在太赫兹光谱中的表现238

9.2.2 太赫兹技术应用于药品的质量控制240

9.3　太赫兹技术应用于医疗诊断242

9.3.1 细胞的太赫兹光谱242

9.3.2　太赫兹波成像应用于疾病诊断243

参考文献246

名词索引249