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受国家重大科研仪器专项的支持,太赫兹时域光谱仪的产业化发展如何?

发布时间:2018-11-06
备受关注的太赫兹技术

太赫兹(THz)波段是介于红外和毫米波之间的一个波段,是电磁波谱范围内最后一个未被开发的波段。与传统技术相比,THz技术具有极丰富的光谱信息、极短的脉冲宽度、极宽的光谱范围、极低的光子能量和极特别的穿透性等特点,近年来受到科学界和工业界的高度重视,并逐步应用在科学研究、生物医疗和国防安全等领域。

太赫兹波的重要特性:

1) 透视性:太赫兹辐射对很多电介质材料和非极性的液体有良好的穿透性,因此太赫兹波可以对不透明的物体进行透视成像。

2) 安全性:太赫兹波的光子能量只有豪电子付,不会引起有害的电离,对生物组织的影响也只能停留在皮肤表层,不会对生物体内部产生破坏。

3) 波谱分辨本领:太赫兹波段包含丰富的波谱信息,太赫兹波谱成像技术不但能辨别物体外形,还能鉴别物体的组成成分。

太赫兹时域光谱仪是一种利用脉冲THz波进行光谱检测的装置,在测量中能够同时获得THz脉冲的振幅和相位信息,通过对时间波形进行傅里叶变换能直接得到样品的吸收系数、折射率等光学参数,具有很高的探测灵敏度和较宽的探测带宽,是一种非常有效的光谱测试手段。

发展具有自主产权的太赫兹时域光谱仪,能够为我国进行THz技术研究以及在相关领域的应用提供重要的仪器支撑,通过其在基础科研领域和食品药品安全领域的示范应用,可带动其在生物医学、半导体材料、工业加工、文物检测、石油勘探等领域的潜在应用。


国家重大科研仪器专项支持太赫兹时域光谱仪的发展

国家非常重视和支持太赫兹领域的发展,陆续通过科技政策、基金项目给予重点支持。

2012年,大恒新纪元科技股份有限公司作为牵头单位,联合首都师范大学等11家单位,获批国家重大科研仪器专项“基于飞秒激光的太赫兹时域光谱仪开发”。


2015年,大恒获批工信部文物保护装备产业化及应用示范项目“文物保护专用太赫兹成像设备”,大恒的太赫兹时域光谱仪正式列入文物保护采购目录。2016年初,大恒收购国际知名太赫兹企业Zomega,在拥有其全部核心技术的时,大恒也成为世界上唯一一家可以提供商用等离子体产生、等离子体探测的宽谱太赫兹时域光谱仪设备的厂商。


大恒是国内最早从事太赫兹时域光谱仪产业化的公司,经过多年的技术积累,大恒具有了量产光电导天线、ZnTe电光晶体、自平衡差分探测器等太赫兹时域光谱仪配件以及多种空气等离子体产生和探测、波前倾斜铌酸锂晶体产生等多款太赫兹时域光谱仪设备的能力。


太赫兹时域光谱仪配件实物图

CIP-TDS太赫兹时域光谱仪是一款高度集成化的应用级的实验仪器,光学系统、机械控制、信号放大等部件均集成在一个紧凑的仪器内部。易于操作,启动快速、运行平稳、性能可靠,适用于生物医学、材料检测、化学物分析和食品农业等应用方面的研究。


CIP-TDS太赫兹时域光谱仪

CIP-ABCD太赫兹时域光谱仪是基于空气等离子体产生和探测太赫兹的光谱仪,提供了0.1-10THz的光谱范围,可以获得更多的光谱信息。


CIP-ABCD太赫兹时域光谱仪

CIP-FICO太赫兹时域光谱仪是全光纤化的太赫兹时域光谱仪,具有灵活、紧凑、快速扫描等特点。可以进行太赫兹透射和不同角度的反射式测量。


CIP-FICO太赫兹时域光谱仪

大恒将通过太赫兹技术工程化、产业化开发,研发出性能稳定、质量可靠的太赫兹光谱仪、太赫兹检测仪。通过在食品安全监测、药品分析、临床检测、公共安检等领域中的应用开发,丰富太赫兹时域光谱仪的测试应用功能,并在材料无损检测、药品检测、安全检测、环境监测等领域推广。

太赫兹时域光谱仪用在哪?

●食品安全领域

太赫兹时域光谱仪的开发可以使得太赫兹技术更广泛运用到生产和生活领域。尤其利用太赫兹光谱仪可以有效的检验出地沟油、苏丹红和各种有毒有害的食品添加剂。近些年来,我国面临着严峻的食品安全问题,有毒奶粉、有毒大米、地沟油等等都在威胁我国人民的身体健康。太赫兹技术目前被公认是检验此类问题最有效的手段之一。


●半导体材料

另外太赫兹在新材料的创新与发现上也起到非常重要的作用。本项目的产品可以应用到半导体材料和半导体器件的测试分析中。采用太赫兹光谱仪测试半导体材料的吸收谱,编制测试软件,建立常用半导体材料太赫兹谱数据库,分析半导体材料结构、掺杂含量等物质参数;获取半导体器件的温度特性、光电特性和电光特性,电场、光场和太赫兹源激励下半导体器件中载流子的变化规律,分析半导体器件的动力学过程。


●民族医药

太赫兹光谱可以有效助力民族医药的有效成分鉴定及其质量优劣评价,使其走向现代化和国际化市场。原来,由于民族医药化学成分的复杂性,以往以某种单一成分和单一检测技术作为其质量控制指标的传统化学分析方法远远不能适应传统医药混合体系质量控制的要求。上述方法步骤繁琐、费时,不能适应现场、快速、简便等实际需求。另外,其在有效成分异构体的区分、药物多晶型和假多晶型的鉴别、混合物的定性和定量分析、药物相互作用和反应动力学的控制等方面的局限,大大降低了鉴别的准确性和精确性。太赫兹光谱不但具有单纯化合物的高度专属性和特异性,又具有混合体系的“宏观指纹特征”,可以鉴别混合物化学成分的多样性和复杂性,且具有安全、快速、灵敏、重现性好、样品用量少等优点。


●石油勘探

测井作为油气田勘探开发的重要方法与技术之一,至今已有较长历史。一些测井技术,如地震勘探、电法测井、声波测井、核磁测井、成像测井等目前已经成熟应用于油气勘探开发领域。在实际应用中,各种测井方法基本上是间接地从某些侧面反映岩层的地质特性,单独使用某一种方法都存在着或多或少的缺陷。因此,要全面地认识地下地质面貌,对油气藏进行勘探和评价,需要综合使用多种测井方法。作为一种新兴的光谱分析检测手段,目前太赫兹光谱技术在油气资源领域的应用已初现端倪。目前在针对油气储层的研究中,已经初步实现了对地质演化、生烃演化、可燃冰演化、孔隙吸附、油页岩含油率等一系列过程与指标的表征与评价。


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