1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 激光与光电子研究所, 天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
3 陆军军医大学西南医院神经外科, 重庆 400038
4 电子测试技术重点实验室, 山东 青岛 266555
脑缺血是一种常见的突发性脑外科疾病, 具有较高的致死致残率, 快速、 准确对脑缺血程度进行检测对脑缺血的诊断与治疗工作具有重要意义。 基于衰减全反射式太赫兹时域光谱技术, 分别对脑缺血时间为0, 0.5, 1, 2, 4, 6和24 h的大鼠脑脊液和血清进行光谱检测, 并对不同缺血时间的大鼠脑脊液和血清的吸收系数和折射率随缺血时间的变化规律进行分析。 结果表明, 与对照组相比, 不同缺血时间的大鼠脑脊液和血清的吸收系数和折射率均存在一定的差异。 在此基础上, 根据不同缺血时间的大鼠脑脊液和血清的吸收系数, 采用主成分分析法和机器学习算法对大鼠的脑缺血程度进行自动分类识别。 其中, 基于脑脊液吸收系数的支持向量机分类模型的识别准确率相对较高, 达到了89.3％。 该方法为脑缺血的早期诊断提供一种新的检测方法。
太赫兹时域光谱 脑缺血 光谱识别 k-最近邻 支持向量机 Terahertz spectroscopy Cerebral ischemia Spectrum recognition k-Nearest Neighbor Support vector machine
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 激光与光电子研究所，天津 300072
2 光电信息技术教育部重点实验室，天津大学，天津 300072
针对目前太赫兹频段雷达散射截面（RCS）测量动态范围较小的问题，提出了一种结构分段定标结合数据分段处理的大动态范围RCS获取方法。基于相对定标理论分析了单一定标测量方式对RCS测量范围与测量精度的限制，并通过对光滑金属球与圆柱的实验测量进行了验证。通过光滑金属平板的RCS测量讨论了衰减元件的引入对系统测量精度与测量范围的影响。在此基础上，利用结构分段定标结合数据分段处理对弹头模型的RCS进行了测量，成功获得了弹头模型的主要散射特征，实现了目前已知最高的63 dB动态范围，测量结果与仿真计算结果一致。
雷达散射截面 太赫兹 大动态范围 radar cross section terahertz large dynamic range
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所，天津300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室，天津300072
3 陆军军医大学第一附属医院神经外科，重庆400038
4 天津大学生命科学学院天津市微纳生物材料与检疗工程技术中心，天津300072
乳腺癌是女性常见癌症之一，乳腺癌区域的精准检测对乳腺癌的治疗有至关重要的作用。本文采用频率为2.52THz的连续太赫兹波反射式成像系统，对小鼠在体皮下乳腺癌模型进行了太赫兹波成像检测。研究结果表明，太赫兹波成像可以清晰识别出乳腺癌区域，且与肉眼可见肿瘤区域一致。在体乳腺癌区域的太赫兹波相对反射率高于正常组织，两者相对反射率差值高达15%。进一步，对距离皮肤表面不同深度的离体乳腺癌组织进行切片和苏木精-伊红（H&E）染色，作为金标准对照。结果发现乳腺癌区域的面积随着距离皮肤表面深度的增加而增大。通过将太赫兹波成像与H&E染色结果对比可知，在距离皮肤表面约460μm处，太赫兹波图像和H&E染色图中的肿瘤区域面积相等。由此可知，太赫兹波对在体皮下乳腺癌的探测深度大约在460μm左右，太赫兹波有望实现深部肿瘤的检测。
乳腺癌 连续太赫兹波 反射成像 乳腺肿瘤诊断 Breast cancer continuous terahertz wave reflection imaging breast tumor diagnosis
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 激光与光电子研究所,天津 300072
2 天津大学 光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072
3 中国电子科技集团公司第四十六研究所，天津 300220
4 第三军医大学西南医院神经外科，重庆 400038
基于双温区法生长的高质量DAST(4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲苯酸盐)晶体，成功搭建了高能量、超宽带可调谐差频THz辐射源，系统尺寸40 cm×25 cm，调谐范围达到0.3~19.6 THz，最大输出能量达到4.02 μJ/pulse@18.6 THz，信噪比最高达到32.24 dB，结合振镜扫描技术，以0.1 THz为步长，超宽带光谱扫描时间小于1 min.实验中观测到差频产生THz波的输出饱和现象并研究了基于DAST晶体差频产生THz波的偏振特性与传输特性，证明基于DAST晶体差频产生的THz波消光比达到0.05，且差频过程满足0类相位匹配条件.基于该太赫兹辐射源，对多种固体样品在2~14 THz范围内的超宽带THz光谱信息进行了有效获取.
晶体 太赫兹 超宽带可调谐 DAST DAST, crystal terahertz ultra-wideband tunable 红外与毫米波学报
2019, 38(4): 04485
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 激光与光电子研究所, 天津 300072
2 天津大学 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
3 陆军军医大学 西南医院神经外科, 重庆 400038
非线性光学晶体是非线性光学频率变换技术中的核心器件。近些年, 为进一步提高基于非线性光学频率变换技术产生太赫兹波的输出能量、转换效率, 拓宽产生太赫兹波的带宽, 多种新型有机晶体得以发展, 并凭借其更加出色的非线性光学性质, 成为产生太赫兹波的理想材料。本文按照晶体类型介绍了目前可产生THz波的多种有机晶体的性质, 并总结了基于多种有机晶体的超宽带太赫兹辐射源的国内外研究进展, 同时结合THz光谱检测技术的应用需求分析了基于有机晶体宽带THz辐射源的发展趋势以及所面临的关键科学问题。
太赫兹 有机晶体 超宽带 非线性频率变换 terahertz organic crystal ultra-wideband nonlinear frequency conversion
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 激光与光电子研究所,天津 300072
2 天津大学 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
3 陆军军医大学第一附属医院 神经外科, 重庆 400038
太赫兹波具有良好的光谱特性、非电离性和对许多非极性材料具有穿透性, 在无损探伤、安检、生物医学诊断、艺术品鉴别等领域表现出许多独特的优点。特别是, 太赫兹波三维成像技术能够实现样品内部信息探测, 逐渐成为当前的研究热点, 并展现出广阔的发展前景。本文重点介绍了太赫兹波三维成像的几种常用技术, 包括其基本原理和对应的研究进展, 并分析了存在的问题和发展趋势。
太赫兹波 三维成像 计算机辅助层析 光学相干层析 飞行时间层析 Terahertz wave three-dimensional imaging computed tomography optical coherence tomography time of flight tomography
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所, 天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
食用油是人类营养和能量的重要来源, 为人体提供必需的脂肪酸, 研究食用油在太赫兹波段光学特性, 对食用油成分分析及品质评价具有重要价值。 衰减全反射式太赫兹时域光谱技术是一种新型的太赫兹时域光谱技术, 通过样品与倏逝波的相互作用, 获取样品的太赫兹光谱。 与透射式或反射式太赫兹时域光谱技术相比, 该技术能有效地避免测量食用油等液体样品时样品池对光学参数的影响, 并能获得样品的精确光学参数。 分别利用透射式太赫兹时域光谱技术和衰减全反射式太赫兹时域光谱技术测量了大豆油的吸收光谱。 结果表明, 与透射式太赫兹时域光谱技术相比, 衰减全反射式太赫兹时域光谱技术能更有效地提取大豆油的吸收系数、 吸收峰分布等光学特性。 进一步利用衰减全反射式太赫兹时域光谱技术研究了大豆油、 核桃油、 葡萄籽油在太赫兹波段的光学特性, 获得了三种食用油在1~1.8 THz范围内的折射率谱和吸收光谱。 利用密度泛函理论计算了食用油中四种主要成分(软脂酸、 硬脂酸、 油酸和亚油酸)在太赫兹波段的振动、 转动模式, 理论计算结果同实验测量结果吻合较好。 研究表明, 在太赫兹波段食用油的吸收峰与所含脂肪酸分子种类与含量有关, 其主要来源为脂肪酸分子的低频振动和转动。 研究成果对食用油成分定性定量分析及品质检测等具有指导意义。
太赫兹光谱 食用油 密度泛函理论 Terahertz spectra Edible oil Density functional theory 光谱学与光谱分析
2018, 38(7): 2016
天津大学 光电信息技术重点实验室(教育部), 精密仪器与光电子工程学院 激光与光电子学研究所, 天津 300072
研制了一款小型化的激光诱导击穿光谱系统.光源采用低能量、高重频的二极管泵浦固体Nd: YAG激光器, 分析了激光重频和激光能量对光谱信号的影响.激光器工作在重频4 kHz、单脉冲能量为745 μJ、脉宽为17ns时, 得到了7条铅元素的特征谱线.与单脉冲激光诱导击穿光谱系统相比, 不仅特征谱线数量增加, 光谱的信噪比也提高了73%。简化的系统设置和低的激光能量使得激光诱导击穿光谱技术能够应用于更多领域.
光谱学 激光诱导击穿光谱 等离子体 重金属 光谱强度 Spectroscopy Laser-induced breakdown spectroscopy Plasma Heavy metal Spectral intensity
Author Affiliations
Abstract
1 College of Electric Power, North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450045,China
2 College of Precision Instrument and Opto-electronics Engineering, Institute of Laser and Optoelectronics, Tianjin University, Tianjin 300072, China
Stimulated polariton scattering (SPS) based on noncollinear phase matching scheme from the A1-symmetry modes of KNbO3 crystal is investigated for generating terahertz (THz) wave. Frequency tuning characteristics of THz wave by varying the phase matching angle and pump wavelength are analyzed. The expression of the effective parametric gain length under the noncollinear phase matching condition is deduced. Parametric gain and absorption characteristics of THz wave in KNbO3 are theoretically simulated. The characteristics of KNbO3 for parametric oscillator (TPO) are compared with those of MgO:LiNbO3. The analysis results indicate that KNbO3 is an excellent optical crystal for TPO to enhance the output of THz wave.
光电子快报（英文版）
2017, 13(5): 339
Author Affiliations
Abstract
1 College of Electric Power, North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450045,China
2 Institute of Laser and Opto-electronics, College of Precision Instrument and Opto-electronics Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China
Terahertz (THz) generation by periodically-poled RbTiOPO4(PPRTP) with a quasi-phase-matching scheme based on cascaded difference frequency generation (DFG) processes is theoretically analyzed. The cascaded Stokes and anti-Stokes interaction processes are investigated from coupled wave equations. The THz intensities and quantum conversion efficiency are calculated. Compared with that of non-cascaded DFG processes, the THz intensity in 7-order cascaded DFG processes is increased to 2.95 times. The quantum conversion efficiency of 149.9% in cascaded processes can be realized, which exceeds the Manley-Rowe limit.
光电子快报（英文版）
2017, 13(2): 127
