太赫兹时域光谱反射测量技术研究

太赫兹时域光谱测量，是进行太赫兹电磁场与物质相互作用研究以及发展相关功能器件和应用技术的重要手段。由于这种测量技术本身的特点，到目前为止世界上绝大多数的此类实验装置都是在透射测量模式下工作，在已有的报道中，只有很少的工作在反射测量模式下开展，而且进行的是比较简单的测量。这一局面的形成不是反射测量没有需求，而是在对时域光谱原始测量数据的提取和分析中，存在比较大的困难，主要是实验条件和环境参数的控制难度较大和数据分析中的稳定性较低所造成的。.过去的一年里，申请者在现有的太赫兹时域光谱测量系统中，已经设计并建成了一个新型反射测量模块，可以在连续可调的不同入射角下，实现光程保持的太赫兹时域电场反射测量，并在样品保持原位的情况下，方便地在透射和反射测量模式之间转换。本项目计划在此基础上，进一步发展该系统的数据采集、分析和提取技术，并演示其在相关物理问题研究和太赫兹技术应用研究中的独特作用。

研究工作的主要成果包括：可变角度反射型太赫兹时域光谱仪的发展和性能优化，基于该测量方法的太赫兹功能器件发展；以及在亚波长结构材料的太赫兹电磁响应特性表征、新材料的太赫兹产生机理、水溶液生物样品探测等方面的应用等。. 完成的反射型太赫兹光谱仪具有优良的工作性能。主要性能参数为，入射角扫描范围：10º-75º；不同入射角下的光程保持精度<5 um；太赫兹波振幅测量动态范围>5000；透射/反射测量模式切换可通过单一反射镜的翻转实现，在切换过程中待测样品保持在原位，经样品的透射和反射太赫兹波位相保持绝对关联。该装置的性能指标和可靠性具有国际先进水平，已申请国家发明专利(申请号：CN201210067482)。我们还发展了一种静电驱动微悬臂梁结构的太赫兹可调谐超吸收体器件(国家发明专利申请号：CN201110371868)。. 有关太赫兹时域光谱技术的应用，我们利用液体样品盒窗片的太赫兹反射信号，发展了一种自参考反射型太赫兹时域光谱测量方法，并结合超材料的表面共振特性对液体样品的成分进行了有效的太赫兹光谱分析；在生物样品探测方面，我们首次对DNA和抗癌药物的水溶液样品中的分子反应实现了实时监测，获得了反应速率等重要动力学参数；通过反射测量首次观察到石墨表面在近红外飞秒激光激发下太赫兹辐射的入射角依赖性，获得了石墨表面区域法向瞬态电流激发对这一过程的支配性作用，这一结果有助于进一步认识包括石墨烯在内的各种碳家族材料的电子激发过程和相关联的光电特性；在太赫兹传感测量分析方面，我们利用超材料的电磁响应特性实现了(亚)单分子层特定分子的传感测量。