粉體行業(yè)在線展覽
粉體行業(yè)在線展覽
直接聯(lián)系
上海屹持光電技術有限公司
俄羅斯
面議
794
產(chǎn)品介紹
太赫茲 (THz) 波是頻率為~0.1-10 THz (~3 mm - 30 μm， 3 cm-1 - 300 cm-1) ，介于微波和中紅外區(qū)域的電磁波。和可見和紅外光相比，THz波可以穿透常規(guī)的材料，如：皮膚，塑料，衣服或者紙材料。由于光子能量低，因此，他不會造成和離子輻射（X光）一樣的損害。這些特點使其能夠應用在處理（如藥物生產(chǎn)），質量控制以及THZ成像領域。現(xiàn)在也很多人想把它應用在安保，包裹檢查，半導體特征分析，化學組成分析以及生物研究領域。
對于傳統(tǒng)的THz應用，我們采用High Resistivity Float Zone Silicon (HRFZ-Si)材料，因為他是研究得*多的材質，而且在THz波段有很好的透過率。同時，我們也研究了可應用在THz波段的其他材料。
在下面，你就能看到我們采用的其他材料在THz波段的透射光譜和其他特點。我們用ABB的FTIR光譜儀Bomem DA3和Bruker IFS 125HR (測量精度為2-3%@< 100 μm；4-5% @> 100 μm)來測量THZ波。近紅外的測量采用Perkin Elmer的 “Lambda- 9” (測量精度< 0.5%)。
1， 晶體
晶體如硅，石英和藍寶石在THZ光學元件中都是常用的材料。
1.1 高阻硅(HRFZ-Si)
除了人造鉆石，高阻硅是**的適合極寬范圍從(1.2 μm) 到mm (1000 μm)波的各項同性晶體材料。和鉆石相比，它要便宜的多，并且生長制造更容易。而且他尺寸更大，更容易制造，THZ技術的快速發(fā)展，就基于該優(yōu)點。對于THZ應用，我們提供在1000 μm (對于更長波長，3000甚至8000微米)透過率達到50-54%的High Resistivity Float Zone Silicon (HRFZ-Si)。
Fig.1 Transmission and reflection of HRFZ-Si 5.0 mm-thick sample in THz range.
HRFZ-Si 在THZ波段傳輸損耗低。如圖2所示，HRFZ-Si 中的THZ波形和空氣中的波形非常相似。這表明HRFZ-Si 的吸收很少。
Fig.2 The THz signals transmitted through air and HRFZ-Si.(*)
合成電解質硅的介電常數(shù)由傳導率決定（例如：自由電子-載流子濃度）。圖3顯示的是在1THZ下，不同純度下的硅的介電常數(shù).低摻雜的介電常數(shù)接近真實值，大約等于高頻介電常數(shù)。隨著摻雜濃度的提高，真實的介電常數(shù)將變成負數(shù)，而且不能被忽略。介電常數(shù)表征的是THZ波的傳輸損耗特性。損耗系數(shù)可以用下面的公式計算：tanδ=1/(ω*εv*ε0*R)， 這里 ω – 圓頻率， εv – 真空下的介電常數(shù)（8.85*10-12 F/m）。ε0 –硅的介電常數(shù)(11.67)， R是電阻值。例如，1THZ下，10 kOhm 阻值的HRFZ-Si損耗系數(shù)為1.54*10-5。
Fig.3 Real (solid， ε1) and imaginary (dashed， ε2) part of dielectric permittivity of n-type silicon with different impurity concentration at 1 THz.(**)
1.2石英晶體
Z-cut的石英晶體是傳輸50 μm以上波長的**材料之一。Z-cut的石英晶體窗口鏡傳輸可見光，很容易用He-Ne激光器來調準直。
Fig.4 Transmission and reflection of crystal quartz 1.0 mm-thick sample.
由于色散非常大，石英晶體材料的透鏡將對可見和遠紅外的產(chǎn)生不同的焦距。如果需要對光學系統(tǒng)準直，那就必須考慮透鏡的色散：
波長， μm | no | ne |
0.589 | 1.544 | 1.553 |
6.0 | 1.32 | 1.33 |
10.0 | 2.663 | 2.571 |
30.0 | 2.5 | 2.959 |
100.0 | 2.132 | 2.176 |
200.0 | 2.117 | 2.159 |
333.3 | 2.113 | 2.156 |
石英晶體是雙折射材料，如果電磁波的偏振態(tài)很重要，那就必須考慮雙折射問題。我們用X-cut的石英晶體來制作λ/2和λ/4的THZ波片。
1.3藍寶石
藍寶石和石英晶體一樣，對于THZ波段和可見光波段是透明的。可以從下面圖看出，對于>600 μm波段，光譜傳輸曲線并不取決于厚度的測量誤差。在小于600 μm 波段，樣品的厚度從1到5mm，透過率變化很大。對于薄的樣品，在很短的波長，透過率就已經(jīng)飽和了。
Fig. 5 Transmission and reflection of sapphire samples with different thickness.
就象 HRFZ-Silicon一樣，Eachwave提供的藍寶石也可以在光電導天線上，因為他們對于THZ波段的折射率幾乎一樣。
2.聚合物
在大量聚合物中，有一些對THZ波是透明的，反射率很低。一般意義上說，**的材料是TPX (polymethylpentene)， polyethylene (PE)， polypropylene (PP)，和polytetrafluoroethylene (PTFE or Teflon).對于長波長，這些聚合物的透過率曲線也很平坦。 對于短波長，主要是<200 μm，內部的不均勻性就會導致一些散射和波動。也就是說，聚合物對短波長呈現(xiàn)出不透明的特點。
2.1 Polymethylpentene (TPX)
TPX 是所有已知聚合物中*輕的。它對紫外，可見和THZ波段是透明的。當然也就是可以用He-Ne激光器來進行準直。該聚合物折射率約為1.46，和波長關系不大:
λ， μm | n |
0.633 | 1.463 |
24 | 1.4568 |
60 | 1.4559 |
300 | 1.46 |
667 | 1.46 |
1000 | 1.4650 |
3191 | 1.466 |
TPX對mm波的傳輸損耗非常低。它有非常優(yōu)良的熱阻，并且能抗一些商用的化學品的腐蝕。
Fig. 6 Transmission of TPX 2 mm-thick sample. THz region.
Fig. 7 Transmission of TPX 2 mm-thick sample. NIR&MIR regions.
Fig. 8 Transmission of TPX 2 mm-thick sample. UV&VIS&NIR ranges.
TPX的主要參數(shù)：
密度， g/cm3 | 0.83 |
抗張強度 | 4100 psi ~28.3 MPa |
拉伸模量 | 280000 psi ~1930.5 MPa |
抗張伸展率， % | 10 |
繞曲強度 | 6100 psi 42.1 MPa |
繞曲模量 | 210000 psi 1447.8 MPa |
熱偏溫度， °C | 100 |
融化溫度， °F/°C | 464/240 |
吸水率 (ASTM-D 1228)， % | <0.01 |
透水汽性 (thk 25 μm， 40C， 90%RH)， g/m2*24h | 110 |
透氣性y (thk 100 μm)， cm3/m2*d*MPa | 120000 |
TPX是很硬的固體材料，可以用來加工成不同的光學元件，如透鏡和窗口鏡。而且通常TPX還可用在CO2激光泵浦分子激光的系統(tǒng)中作為輸出窗口鏡。因為它對整個THZ波段都是透明的，并且可以反射10微米的泵浦光。TPX窗口鏡還可以在低溫保持器中作為“冷”窗口。因為TPX在THZ波段的透明度和溫度無關，折射率的溫度系數(shù)3.0*10-4 K-1 (for the range 8-120 K)。
Fig. 9 Temperature dependence of refractive index.(***)
和其他用在THZ波段的材料比較，TPX的特性更好，例如它是Picarin (Tsurupica)透鏡很好的替代品。另外，屹持光電提供的TPX更便宜，而且比Picarin更容易獲得。
Fig. 10 Transmission of 2 mm-thick samples of TPX， Picarin， and HDPE.
2.2 Polyethylene (PE)
PE是輕的彈性晶體材料。它可以加熱到110°C，也可以冷卻到-45 ÷ -120°C。PE擁有良好的介電特性，防腐蝕性和抗輻射性。但是，它在紫外波段和油膩的環(huán)境下不夠穩(wěn)定。在生物學上來講，PE很不活躍，很容易處理。在23°C下密度為0.91-0.925 g/cm3，張力流限為8-13 MPa，彈性模數(shù)為118 - 350 MPa，在很寬的光譜范圍內折射率都約為1.54。通常，高密度的polyethylene (HDPE)也來作為組件材料。除了作為厚透鏡和窗口鏡，薄的HDPE還可用來作為THZ偏振片。我們用HDPE作為Golay Cell的窗口鏡。
Fig. 11 Transmission of 2 mm-thick HDPE sample. THz region.
Fig. 12 Transmission of 2 mm-thick HDPE sample. NIR&MIR region.
Fig. 13 Transmission of 2 mm-thick HDPE sample. VIS&NIR region.
很遺憾， HDPE對可見光的透過率非常低，因此，它不能用來作為光學系統(tǒng)的準直元件。
我們還應該注意到HDPE的THZ透射率并不取決于溫度，因此可以作為低溫保持器的窗口鏡。折射率的溫度系數(shù)為6.2*10-4 K-1 (for the range 8-120 K)。
Fig. 14 Temperature dependence of refractive index (***)
2.3Polytetrafluoroethylene (PTFE， Teflon， in Russian - Ftoroplast)
PTFE 在室溫下是一種白色的固體，密度約為2.2 g/cm3。熔點為327°C， 在-73°C 到 204°C溫度范圍內它的主要特點都差別不大，在比較寬的波段范圍內，折射率都約為1.43。
Fig. 15 Transmission of PTFE film ~0.1 mm-thick. THz region.
Fig. 16 Transmission of PTFE film ~0.1 mm-thick. NIR&MIR region.
由于對1-7 μm波段范圍內透明度都很高，PTFE薄片通常用來制作IR偏振片。這種偏振片的價格比晶體材料的便宜。這樣就使他們在IR偏振應用中能夠得到大量使用。
PTFE的主要參數(shù)：
| 抗張強度 | 3900psi ~26.7 Mpa |
| 拉伸模量 | 8000psi ~551.6 MPa |
| 抗張伸展率 (%) | 300 |
| 繞曲強度 (psi) | No break |
| 繞曲模量 (psi) | 72000 |
| 耐壓強度 (psi) | 2500 |
| 耐壓系數(shù) (psi) | 70000 |
總結：
所有屹持光電提供的的有機材料，如TPX， PE和PTFE從~200 μm到1000 μm都有幾乎一致的透過率，達到80-90%。當然，他們也可以傳輸更長的波長。
由于反射損耗，晶體材料如硅，石英和藍寶石在THZ波段的透過率很低。對于硅材料，從50 μm開始，透過率為50-54%；對于石英，從120 μm開始，透過率>70%；對于1-2mm厚的藍寶石，從350 μm開始透過率>50%。
