1、太赫茲介紹

太赫茲（THz）輻射通常指的是頻率在0．1THz一10THz（波長在30m～3mm）之間的電磁波，其波段在微波和紅外光之問，屬于遠紅外波段．有著豐富的物理和化學信息。同時，THz輻射的優點決定了它在很多方面可以成為傅立葉變換紅外光譜技術和x射線技術的互補技術，使THz電磁波在很多基礎研究領域、工業應用及軍事應用領域有相當重要的應用。隨著THz技術的發展，THz技術的應用領域也在不斷地拓寬，它在生物學、醫學、微電子學、農業及其它領域也有很大的應用潛力。目前，世界上許多研究機構相繼開展了THz技術的深入研究，并且已取得了很多重要的進展。

THz脈沖光源與傳統光源相比具有很多獨特的性質：

（1）瞬態性：THz脈沖的典型脈寬在皮秒量級，不但可以方便地進行時間分辨的研究。而且通過取樣測量技術，能夠有效地抑制背景輻射噪音的干擾。目前，輻射強度測量的信噪比可大于l0m。

（2）寬帶性：THz脈沖源通常只包含若干個周期的電磁振蕩，單個脈沖的頻帶可覆蓋從GHz至幾十THz的范圍。

（3）相干性：THz的相干性源于其產生機制，它是由相干電流驅動的偶極子振蕩產生．或是由相干的激光脈沖通過非線性光學差頻變換產生。

（4）低能性：THz光子的能量只有毫電子伏特，因此不容易破壞被檢測的物質。

2、太赫茲與物質的相互作用

1）基本原理

目前研究太赫茲和物質相互作用一般采用里得伯原子模型（Rydbergatom），該模型中原子的電子具有很高的主量子數。

圖1所示為只有一個價電子的里德伯原子模型的示意圖。

圖1里德伯原子模型簡圖

里德伯原子模型采用波爾半徑經典原子理論來　　描繪核外電子的運動，認為核外電子繞核運動，其角動量是量子化的。電子只能在量子化的特定軌道上運動，并且具有特定的量子化的能級。

相比于紅外和可見光，太赫茲的頻率很低．光子的能量也非常小。在里德伯原子模型中。如果主量子數n=lO0，電子離核的距離n2ao1m，對應的偶極矩dR=nZeaol0D，這個尺度比常見的極性分子CO和HO大了好幾個數量級。此時的結合能En—lmeV，和太赫茲光子的能量相當。所以太赫茲光子適合于和大的偶極矩和小結合能特征的里德伯原子相互作用。

2）太赫茲與水的相互作用

由于水對開展太赫茲光譜的使用具有特別重要的的影響，所以，需要盡可能地詳細研究水和太赫茲的相互作用圜。圖2所示為水和冰在不同溫度下太赫茲波段介電常數實部和虛部的譜分布。

圖2水和冰在不同溫度下太赫茲波段介電常數實部和虛部的譜分布

液態水的介電響應是由若干物理過程決定的，最主要的過程是由兩種分子弛豫過程決定，一種是快弛豫過程（10fs弛豫時間），一種是慢弛豫過程（1Ops弛豫時間）。慢弛豫過程和轉動動力學有關，快弛豫過程目前還沒有研究清楚。另外水分子中強氫鍵相互作用也很明顯。分子中的伸縮在5．6THz處有共振響應，并具有很寬的譜線寬度。

圖3室溫下，水的折射率譜和吸收系數譜

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