太赫兹时域光谱技术及激光雷达光谱探测误差分析与实验验证.doc

第 30卷,第3期光谱学与光谱分析 ,,pp577 - 581 2010 年3月 Spectroscopy and Spectral Analysis March , 2010 太赫兹时域光谱技术及激光雷达光谱探测误差分析与实验验证刘文涛 1 ,李景文 1 ,孙志慧 2 ,北京 100191 ,北京 100081 摘要太赫兹波是指频率介于 ~ 10 THz 之间的电磁辐射,在电磁波谱上位于微波和远红外光之间。大多数生物战剂爆炸物在此波段有特征吸收。与在公共安全领域检测武器、生物战剂等危险品的传统方法相比,太赫兹辐射能量低,不会产生电离辐射,对物质可以做到高灵敏、无损伤和远距离检测。介绍了国内外太赫兹时域光谱技术在在生物战剂爆炸物检测方面的研究最新进展,并设计了一种激光雷达光谱探测与实时测量装置,以傅里叶光学与光信号处理为基础,使用楔形标准具作为分光镜,实现背景噪声去除、激光探测和光谱测量。测试结果表明,可探测激光雷达脉冲宽度为 10 ns ,并初步探讨了影响实验结果的几种因素,提出将激光雷达光谱探测技术与太赫兹时域光谱技术相结合,并采用现代模式识别、信号处理技术是生物化学战剂爆炸物实时光谱检测技术的发展趋势。关键词太赫兹时域光谱; 楔形标准具; 激光雷达; 生化战剂中图分类号: 文献标识码: A DOI : .1000-0593(2010)03-0577-05 引言恐怖袭击事件如汽车炸弹、机场等公众聚集场所的恶意爆炸及生化战剂问题,严重困扰着当今社会安全和人类文明进步。目前, 常用的安检技术有 X射线安检技术、电子安全廊、核磁共振检测技术、活化检测技术等。传统的安检技术对一些片状和液体状等特殊爆炸物易出现漏检,对危险品的种类也难于确认,且由于对人体存在一定的辐射损伤而无法用于对人员的检查。而太赫兹波(简称 TH z 波) 作为频率在 ~ 10 THz( 波长在 3 mm ~ 30μ m) 范围内的电磁辐射(1 THz=10 12 Hz) , 其波段在微波和红外光之间,在 THz 波频率范围内,很多相对可见光和红外光不透明的材料是近似透明的; THz 波的波长远小于微波辐射,从而可以获得更高的空间分辨率; THz 波对活性组织的无损害性等,因此有望利用该技术实现在车站、机场对行李或旅客进行远距离检测 1-4。本文对 THz 波在生化战剂探测识别领域进行了理论研究,并设计了一种基于双光束干涉傅里叶变换光谱探测技术的激光雷达探测与光谱测量装置,利用干涉图和光谱图之间的傅里叶变换对的关系,通过对探测到的干涉图做傅里叶变换得到目标的光谱分布,该光谱探测技术具有较高的推广和使用价值,也可应用在气体、生物化学战剂实时光谱检测等领域。 1 THz 时域光谱技术 THz 时域光谱技术( THz-time domain spectroscopy, THz-TDS ) 是太赫兹光谱技术的典型代表,是一种新兴的、非常有效的相干探测技术。典型的 THz 时域光谱系统主要由飞秒激光器、 THz 辐射产生装置、 THz 辐射探测装置和时间延迟控制系统组成。飞秒激光器所产生的飞秒激光脉冲经过分束镜后被分成两束,一束为泵浦光束,经过时间延迟系