用于爆炸物检测的新型太赫兹探测源研究

Due to the unique nature of the terahertz wave, terahertz technology has broad application prospects in biomedicine, food inspection, environmental monitoring and security to prevent terrorism in the national economic and social development. Especially for the civil aviation industry, to prevent a terrorist explosion is imminent. To solve this problem, the proposed new terahertz dectector source material-high electro-optic coefficient, good light and heat stability,simple processing organic electro-optic materials replaced the inorganic crystal as terahertz detection by electro-optic sampling method. The project will be intended by the design and synthesis of high electro-optic activity of the chromophore, and to study suitable electro-optic material for broadband terahertz detection. By adjusting the polymer refractive index, film thickness, polarization efficiency and the optical experimental conditions of terahertz time-domain spectroscopy system, we will investigate the various factors affecting bandwidth and sensitivity of the detection. Through a lot of theory and optical experiments, we will provide the theoretical and technical basis for the development of new broadband terahertz detectors. At the same time the terahertz absorption spectrum of explosives should be studied using terahertz time-domain spectroscopy system, in order to verify the Terahertz Science and technology can be used for security inspection work, meet the needs of practical application.

由于太赫兹波独特的性质，太赫兹技术在生物医药、食品检验、环境监测及安全防恐等国民经济和社会发展中有广阔的应用前景，尤其对于民用航空业，严防恐怖爆炸更是迫在眉睫。针对这一问题，本项目提出利用新型太赫兹探测源材料——电光系数高、光热稳定性好、制作简单的有机聚合物电光材料来取代无机晶体通过电光取样的方法实现太赫兹探测。本项目拟通过设计和合成高电光活性发色团，进而研究可用于宽频太赫兹探测源的有机电光聚合物。通过调节聚合物折射率、薄膜厚度、极化效率、太赫兹时域光谱系统的光学实验条件来探讨探测源频宽和灵敏度参数的各种影响因素；通过大量理论和光学试验，为探索发展新型宽频太赫兹探测器提供理论和技术依据；同时利用太赫兹时域光谱系统来研究爆炸物的太赫兹吸收谱，来判断具体属于何种爆炸物，以此验证太赫兹科学技术可以用于安检排爆工作，满足实际应用的需要。

爆炸物的识别对于国家安全、环境检测等方面具有重要意义，常规的检测手段难以发现藏匿在某些物质中的武器及爆炸物等危险品，给危险物的识别带来困难，太赫兹波具有穿透性、指纹谱特性，因此利用太赫兹时域光谱系统可以根据不同种类的爆炸物独有的太赫兹波段的特征吸收光谱曲线来识别和定量鉴定爆炸物的物质成分。然而，由于宽频太赫兹探测源的缺乏，所以很难得到爆炸物在宽频太赫兹范围的吸收光谱。而有机电光材料由于其折射率匹配、相干长度长的优点，可以实现0-几十THz的宽频太赫兹探测。本项目就是采用有机电光聚合物材料作为新型太赫兹探测源进行爆炸物的探测，首先设计合成高性能有机发色团分子和电光聚合物，然后对电光聚合物材料进行加工及电极化工艺研究、将有机电光聚合物用于太赫兹探测源研究，并对爆炸物进行探测，最终设计并合成了6种结构新颖的发色团分子，发色团由久洛尼定给体、异氟尔酮或噻吩作为电子桥，TCF或CF3-TCF为电子受体，电光系数最高达到256pm/V；针对主客体掺杂型聚合物体系取向稳定性差的问题，采用了Y型聚合物体系的方案，85℃加热500小时电光系数仍然保持初始值的80%以上；针对常用的聚合物基质研究了其在太赫兹频域的折射率和吸收损耗系数，试验结果验证APC和BPC聚合物具有高的折射率和相对低的吸收损耗，同时光热稳定性好、透明性好以及抗电压能力强成为合适的太赫兹探测源材料的选择；利用有机电光材料作为太赫兹探测源，研究了一些爆炸物在太赫兹领域的吸收光谱，得到了实现太赫兹探测的影响因素和试验条件，积累了本领域的理论经验和试验技术基础；在国内外重要期刊发表SCI论文5篇，对有应用价值的技术申请专利2项，培养了硕士生2名，博士生2名。利用有机电光材料新型太赫兹探测源材料，有望能丰富这些爆炸物在高频领域的特征吸收光谱数据，为爆炸物的识别提供技术基础。