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受國家重大科研儀器專項的支持,太赫茲時域光譜儀的產業化發展如何?

發布時間:2018-11-06
備受關注的太赫茲技術

太赫茲(THz)波段是介於紅外和毫米波之間的一個波段,是電磁波譜範圍內最後一個未被開發的波段。與傳統技術相比,THz技術具有極豐富的光譜信息、極短的脈衝寬度、極寬的光譜範圍、極低的光子能量和極特別的穿透性等特點,近年來受到科學界和工業界的高度重視,並逐步應用在科學研究、生物醫療和國防安全等領域。

太赫茲波的重要特性:

1) 透視性:太赫茲輻射對很多電介質材料和非極性的液體有良好的穿透性,因此太赫茲波可以對不透明的物體進行透視成像。

2) 安全性:太赫茲波的光子能量隻有豪電子付,不會引起有害的電離,對生物組織的影響也隻能停留在皮膚表層,不會對生物體內部產生破壞。

3) 波譜分辨本領:太赫茲波段包含豐富的波譜信息,太赫茲波譜成像技術不但能辨別物體外形,還能鑒別物體的組成成分。

太赫茲時域光譜儀是一種利用脈衝THz波進行光譜檢測的裝置,在測量中能夠同時獲得THz脈衝的振幅和相位信息,通過對時間波形進行傅裏葉變換能直接得到樣品的吸收係數、折射率等光學參數,具有很高的探測靈敏度和較寬的探測帶寬,是一種非常有效的光譜測試手段。

發展具有自主產權的太赫茲時域光譜儀,能夠為我國進行THz技術研究以及在相關領域的應用提供重要的儀器支撐,通過其在基礎科研領域和食品藥品安全領域的示範應用,可帶動其在生物醫學、半導體材料、工業加工、文物檢測、石油勘探等領域的潛在應用。


國家重大科研儀器專項支持太赫茲時域光譜儀的發展

國家非常重視和支持太赫茲領域的發展,陸續通過科技政策、基金項目給予重點支持。

2012年,大恒新紀元科技股份有限公司作為牽頭單位,聯合首都師範大學等11家單位,獲批國家重大科研儀器專項“基於飛秒激光的太赫茲時域光譜儀開發”。


2015年,大恒獲批工信部文物保護裝備產業化及應用示範項目“文物保護專用太赫茲成像設備”,大恒的太赫茲時域光譜儀正式列入文物保護采購目錄。2016年初,大恒收購國際知名太赫茲企業Zomega,在擁有其全部核心技術的時,大恒也成為世界上唯一一家可以提供商用等離子體產生、等離子體探測的寬譜太赫茲時域光譜儀設備的廠商。


大恒是國內最早從事太赫茲時域光譜儀產業化的公司,經過多年的技術積累,大恒具有了量產光電導天線、ZnTe電光晶體、自平衡差分探測器等太赫茲時域光譜儀配件以及多種空氣等離子體產生和探測、波前傾斜铌酸鋰晶體產生等多款太赫茲時域光譜儀設備的能力。


太赫茲時域光譜儀配件實物圖

CIP-TDS太赫茲時域光譜儀是一款高度集成化的應用級的實驗儀器,光學係統、機械控製、信號放大等部件均集成在一個緊湊的儀器內部。易於操作,啟動快速、運行平穩、性能可靠,適用於生物醫學、材料檢測、化學物分析和食品農業等應用方麵的研究。


CIP-TDS太赫茲時域光譜儀

CIP-ABCD太赫茲時域光譜儀是基於空氣等離子體產生和探測太赫茲的光譜儀,提供了0.1-10THz的光譜範圍,可以獲得更多的光譜信息。


CIP-ABCD太赫茲時域光譜儀

CIP-FICO太赫茲時域光譜儀是全光纖化的太赫茲時域光譜儀,具有靈活、緊湊、快速掃描等特點。可以進行太赫茲透射和不同角度的反射式測量。


CIP-FICO太赫茲時域光譜儀

大恒將通過太赫茲技術工程化、產業化開發,研發出性能穩定、質量可靠的太赫茲光譜儀、太赫茲檢測儀。通過在食品安全監測、藥品分析、臨床檢測、公共安檢等領域中的應用開發,豐富太赫茲時域光譜儀的測試應用功能,並在材料無損檢測、藥品檢測、安全檢測、環境監測等領域推廣。

太赫茲時域光譜儀用在哪?

●食品安全領域

太赫茲時域光譜儀的開發可以使得太赫茲技術更廣泛運用到生產和生活領域。尤其利用太赫茲光譜儀可以有效的檢驗出地溝油、蘇丹紅和各種有毒有害的食品添加劑。近些年來,我國麵臨著嚴峻的食品安全問題,有毒奶粉、有毒大米、地溝油等等都在威脅我國人民的身體健康。太赫茲技術目前被公認是檢驗此類問題最有效的手段之一。


●半導體材料

另外太赫茲在新材料的創新與發現上也起到非常重要的作用。本項目的產品可以應用到半導體材料和半導體器件的測試分析中。采用太赫茲光譜儀測試半導體材料的吸收譜,編製測試軟件,建立常用半導體材料太赫茲譜數據庫,分析半導體材料結構、摻雜含量等物質參數;獲取半導體器件的溫度特性、光電特性和電光特性,電場、光場和太赫茲源激勵下半導體器件中載流子的變化規律,分析半導體器件的動力學過程。


●民族醫藥

太赫茲光譜可以有效助力民族醫藥的有效成分鑒定及其質量優劣評價,使其走向現代化和國際化市場。原來,由於民族醫藥化學成分的複雜性,以往以某種單一成分和單一檢測技術作為其質量控製指標的傳統化學分析方法遠遠不能適應傳統醫藥混合體係質量控製的要求。上述方法步驟繁瑣、費時,不能適應現場、快速、簡便等實際需求。另外,其在有效成分異構體的區分、藥物多晶型和假多晶型的鑒別、混合物的定性和定量分析、藥物相互作用和反應動力學的控製等方麵的局限,大大降低了鑒別的準確性和精確性。太赫茲光譜不但具有單純化合物的高度專屬性和特異性,又具有混合體係的“宏觀指紋特征”,可以鑒別混合物化學成分的多樣性和複雜性,且具有安全、快速、靈敏、重現性好、樣品用量少等優點。


●石油勘探

測井作為油氣田勘探開發的重要方法與技術之一,至今已有較長曆史。一些測井技術,如地震勘探、電法測井、聲波測井、核磁測井、成像測井等目前已經成熟應用於油氣勘探開發領域。在實際應用中,各種測井方法基本上是間接地從某些側麵反映岩層的地質特性,單獨使用某一種方法都存在著或多或少的缺陷。因此,要全麵地認識地下地質麵貌,對油氣藏進行勘探和評價,需要綜合使用多種測井方法。作為一種新興的光譜分析檢測手段,目前太赫茲光譜技術在油氣資源領域的應用已初現端倪。目前在針對油氣儲層的研究中,已經初步實現了對地質演化、生烴演化、可燃冰演化、孔隙吸附、油頁岩含油率等一係列過程與指標的表征與評價。


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