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摘要

水对太赫兹(terahertz, THz)波有强烈的吸收, 所以利用THz技术研究含水样品特性一直是本领域的难题. 本文在THz时域光谱系统中通过使用工作于高倍增模式的光电导天线和喇叭形渐变平行平板波导提高了样品所在位置处的THz波电场强度, 实现了在0.1—1.6 THz范围对 α-乳糖溶液THz吸收光谱的直接检测. 进而, 运用密度泛函理论对水环境下 α-乳糖单分子模型的THz吸收光谱进行模拟仿真研究, 模拟结果与实验测试结果符合较好. 本文对直接检测含水样品在THz波段的光谱特性具有重要参考价值.

关键词:

Abstract

Water has the strong absorption of terahertz (THz) wave, so it always a difficult problem to study the characteristics of aqueous samples by THz technology. In this paper, THz waves with high field strength are obtained at the position of sample by using photoconductive antenna working in high-gain mode and horn shaped graded parallel plate waveguide in THz time-domain spectrum system, and the THz spectrum of α-lactose solution in a range of 0.1－1.5 THz is directly detected. Furthermore, the absorption spectrum of α-lactose single molecule model in water environment is simulated by the density functional theory, and the simulation results are in good agreement with the experimental results. This work has important reference value for directly detecting the spectral characteristics of water samples in THz band.

Keywords:

terahertz waves/
terahertz time-domain spectroscopy system/
density functional theory/
α-lactose

作者及机构信息

通信作者:施卫,swshi@mail.xaut.edu.cn

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 62075179, 61575161)、陕西省自然科学基金重点项目(批准号: 2019JZ04)、陕西省超快光电与太赫兹科学重点实验室(批准号: 2018SZS06)和西安市超快光电器件技术重点实验室(批准号: 201805055ZD6CG39)资助的课题

Authors and contacts

Corresponding author:Shi Wei,swshi@mail.xaut.edu.cn

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 62075179, 61575161), the Natural Science Foundation of Shaanxi Province, China (Grant No. 2019JZ04), the Shaanxi Key Laboratory of Ultrafast Photoelectronic Technology and Terahertz Science, China (Grant No. 2018SZS06), and the Xi’an Key Laboratory of Ultrafast Photoelectronic Device Technology, China (Grant No. 201805055ZD6CG39).

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施引文献

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物质	频率/THz	振动模式
α-乳糖一水合物	0.58	C2-O18-C7&C3-C5-C7-C9 (35.5%)
	1.01	C2-O18-C7&C1-C3-C5-C7 (34.5%)
	1.19	C2-O18-C7&C1-C3-C5-C7 (44.6%)
	1.47	C2-O18-C7&C1-C3-C5-C7 (35.7%)

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