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THz | 太赫兹时域光谱技术在吸波材料性能检测中的应用
2024年03月13日

太赫兹(Terahertz,THz)波是指频率在0.1THz~10THz范围内的电磁波,波长在3mm~30μm之间。由于太赫兹波具有频谱资源丰富、光子能量低、相干性好、超宽带等许多优良特性,在安检成像、无损检测、生物传感、雷达探测以及即将到来的6G通信等方面显示出了巨大的应用潜力。

吸波材料是一种可以对入射电磁波进行高效吸收或使其大幅减弱的材料,利用多种不同的损耗机制、电磁波被转化为热能或者其他形式的能量并逐渐消散,最终实现吸波的效果。

随着太赫兹实际应用的快速发展,对高性能太赫兹波吸收材料的需求日益增强,尤其在雷达探测、电磁屏蔽、无线通信、测试仪器性能提升等方面都迫切需要大带宽、高吸收强度的太赫兹吸波材料。

例如,在太赫兹成像和通信的收发两端,均需要太赫兹吸波材料来大量减少旁瓣辐射或杂波;在太赫兹准光测试系统中,也需要太赫兹吸波材料来降低背景噪声,从而提高测试精度;更重要的是,在未来的雷达探测技术中,太赫兹吸波材料可以减少雷达散射截面(RCS),进而赋予太赫兹系统以隐身的特性。研究材料在太赫兹波段的光电性能将对太赫兹波吸收材料的研究提供重要的理论基础和技术支撑。

当电磁波作用于材料物体时,通常会由于物质表面的阻抗不连续等因素对电磁波产生反射作用,并且,如果物体对电磁波具有损耗能力,还会有部分入射的电磁波被损耗吸收。因此,如果假设入射过来的电磁波能量总和是1,则对于电磁波的反射能量功率R(ω)、电磁波的透射能量功率T(ω)和电磁波被物质吸收的能量功率A(ω)就会有如下关系式:

想要提升材料的电磁吸波性能和效果,就必须设法降低材料的透射功率和反射功率。为了更好的分析吸波材料对太赫兹波的吸收特性,可以使用太赫兹时域光谱( Terahertz Time-Domain Spectroscopy,THz-TDS) 技术对材料吸波参数进行测试分析,TDS可以测量以下参数:

RL是反射损耗值、SETotal是总屏蔽效能、SER是反射屏蔽效能、SEA是吸收屏蔽效能、Er(ω)是样品的反射信号电场强度、Eref1(ω)是参考样品的反射信号电场强度、Et(ω)是样品的透射信号电场强度、Eref2(ω)是参考样品的透射信号电场强度。

吸波材料性能测试解决方案:

青岛青源峰达太赫兹科技有限公司生产的太赫兹时域光谱系统可用于上述参数的测试,针对吸波材料特性研究,推荐解决方案如下:

典型测试结果:

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