光束整形器,分束器,微透镜,离轴抛物面镜,NOIR激光防护眼镜,太阳能模拟器,显微镜载物台,激光器,光谱仪,红外热像仪,激光晶体
English购物车网站地图
服务热线:0755-84870203
中文English
服务热线:0755-84870203
您当前的位置:首页 > 技术中心 > 常见问题

常用太赫兹材料的透射率,THz材料的透过率

作者: 时间:2019-05-10


太赫兹(THz)辐射位于光谱区域0.1-10 THz~3mm-30μm3 cm-1 -300 cm-1)之间,是介于微波和中、红外线电磁谱之间的电磁辐射。

与可见光或红外波相比,太赫兹辐射可以渗透到有机材料中,如皮肤,塑料,布料或纸制品。由于其光子能量低,它不会引起与电离辐射(例如X射线)相关的任何损害。太赫兹波不会渗透到金属中。这些性质可用于过程监控(例如药物制造)、质量控制以及THz成像。对于诸如安全控制,包装检查,半导体表征,化学成分分析和生物医学等应用,具有很大的潜力。

传统上,对于THz应用,比较常用的有高电阻率浮区硅(HRFZ-Si),因为它是在该波段被研究得最多的物质,并且具有良好的透射性能。与此材料并行,我们一直在研究其他材料,这些材料也可以在太赫兹范围内使用。

下面您可以看到我们用于THz光学器件生产的材料的透射光谱和其他特性。THz区域的测量在ABB FTIR光谱仪Bomem DA3Bruker IFS 125HR(不精确度的测量值低于100μm2-3%和超过100μm4-5%)下进行。 在Perkin ElmerLambda-9”(不准确度<0.5%)下进行近红外范围的测量。

 

1.晶体太赫兹材料

包括硅,水晶石英和蓝宝石等晶体,它们对太赫兹光学器件的生产非常重要。

 

1.1高电阻率浮区硅(HRFZ-Si

除合成金刚石外,高电阻率硅是唯一适用于从NIR1.2μm)到MM1000μm)波的极宽范围的各向同性晶体材料。与钻石相比,高阻硅的生长和加工相当便宜。此外,它可以被加工成相当大的尺寸,允许基于此制造快速发展的THz电子元件。对于太赫兹应用,我们提供高电阻率浮区硅(HRFZ-Si),其在太赫兹波段基本保持50-54%透射率,至1000μm(对于长达3000,甚至8000微米的波长)。

1 HRZZ-Si 5.0 mm厚样品在THz范围内的透射和反射。

HRFZ-Si在THz范围内具有极低的损耗。入下图所示,HRFZ-SiTHz波形类似于空气的THz波形。 这表明高阻硅对太赫兹波几乎没有吸收。

硅的复介电常数取决于其导电率(即自由载流子浓度)。 图3显示了在1 THz下具有不同杂质浓度的硅的介电常数。对于低杂质浓度,介电常数几乎是实际值,近似等于高频介电常数。随着杂质浓度水平的增加,介电常数的实部变为负值,并且其虚部逐渐增加到不能再被忽略。此时,硅会对太赫兹波产生吸收。

太赫兹损耗角正切可用下式计算:tanδ= 1 /(ω*εv*ε0* R),其中ω圆形频率,εv-真空介电常数(8.85 * 10-12 F / m),ε0-介电常数 硅(11.67)和R特异性电阻。 例如,在1THz下电阻率为10kOhm * cmHRFZ-Si的损耗角正切为1.54×10^-5

2通过空气和HRFZ-Si传输的THz信号。(*)。

3.1 THz下具有不同杂质浓度的n型硅的介电常数的实部(实线,ε)和虚部(虚线,ε12)部分(**)。

有关硅的一般特性以及NIRMIR范围内的透射光谱的更多信息,请参阅Silicon一章。

 

1.2石英(Z cut Crystal Quartz

对于波长超过50μm的太赫兹波,Z切割晶体石英是一种很好的材料。 z切割水晶石英窗在可见光范围内是透明的,因此可以通过HeNe激光器辅助轻松调整光学系统。它们不会改变光偏振状态,可以冷却到低于液氦的λ点。

4. 1毫米厚晶体石英的透射和反射

由于Z cut石英具有相当大的色散(请参见下表),由水晶石英制成的镜头在可见光和远红外范围内具有不同的焦距。如果您使用镜头进行光学系统校准,则应将这个因素考虑在内。晶体石英是双折射材料,如果辐射的极化很重要。Tydex使用x-cut材料为THz应用产生λ/ 2和λ/ 4波片。

λ, μm

no

ne

λ, μm

no

ne

0.589

1.544

1.553

100

2.132

2.176

6

1.32

1.33

200

2.117

2.159

10

2.663

2.571

300

2.113

2.156

30

2.5

2.959

 

1.3蓝宝石

蓝宝石像Z cut石英一样在太赫兹波段和可见光波段都是透明的。我们测量了各种晶体取向和厚度的蓝宝石样品,结果显示透射率不依赖于晶体取向。

5.不同厚度的蓝宝石样品的透射和反射。

对于厚度为15 mm的测量样品,透射率较低的600μm主要取决于样品厚度。对于较薄的样品,传输接近于较短波长的饱和度。由于在THz波段的折射率值相似,因此类似HRFZ-Silicon的蓝宝石也可用于制造THz的光电导天线。

 

2.聚合物太赫兹材料

在各种可用的聚合物中,存在一些材料具有相对低反射率的优异太赫兹透明度。典型的材料是TPX(聚甲基戊烯),聚乙烯(PE)和聚四氟乙烯(PTFETeflon)。在较长波长下,这些聚合物的透射是平滑且扁平的。对于较短的波长,主要在200μm以下,会出现固有振动的特征波段,并且由于不均匀性而增加。聚合物通常在较短波长下变得越来越不透明。

2.1聚甲基戊烯(TPX

TPX是所有已知聚合物中最轻的。它在UV,可见光和THz范围内是光学透明的,允许使用HeNe激光束进行对准。折射率约为1.46,相对独立于波长:

λ, μm

n

λ, μm

n

0.633

1.463

667

1.46

24

1.4568

1000

1.465

60

1.4559

3191

1.466

300

1.46

TPX直到毫米波长的损耗都非常低。此外,TPX还具有优异的耐热性,对大多数有机和无机商业化学品具有很高的耐受性。

TPX的典型特性

密度,g /cm³

0.83

抗拉强度

4100 psi~28.3 MPa

拉伸模量

280000 psi~1930.5 MPa

拉伸断裂伸长率,%

10

抗弯强度

6100 psi42.1 MPa

弯曲模量

210000 psi1447.8 MPa

熔化温度,°F /°C

464/240

吸水率(ASTM-D 1228),%

<0.01

透湿性(25μm40℃,90RH),g / m 2 * 24h

110

透氧性(thk 100 μm), cm3/m2*d*MPa

120000

TPX是一种硬质固体材料,可以通过机械加工成形为各种光学元件(例如透镜和窗户)。此外,TPXCO2激光泵浦分子激光器中用作输出窗口,因为它在整个太赫兹范围内是透明的,并且完全抑制了大约10μm的泵浦辐射。

与其他材料相比,用于在太赫兹范围内操作,TPX显示出优异的光学性能,例如可以很好地替代PicarinTsurupica)镜片。此外,与Picarin相比,TPX价格便宜,具有更好的经济性。

2.2聚乙烯(PEHDPE

PE是一种轻质弹性结晶材料。它可以加热至110°C并根据等级冷却至-45~-120°CPE具有良好的介电特性,耐化学性和耐辐射性。然而,它对紫外线辐射,脂肪和油类不稳定。PE具有生物惰性,易于加工。密度(23℃)为0.91-0.925g / cm 3。拉伸流动极限(23℃)为8-13MPa。弹性模量(23℃)为118-350MPa。折射率为~1.54并且在宽波长区域内相当相等。通常,高密度聚乙烯(HDPE)用于组件的生产。除了相当厚的透镜和窗口外,薄的HDPE薄膜也用于太赫兹偏振器。此外,我们使用HDPE作为Golay细胞的窗口。

不幸的是,HDPE在可见光波段透过率很差,因此它不能用于调整光学系统。应该注意到HDPETHz传输不依赖于温度,因此允许在低温恒温器中使用HDPE窗口。其折射率温度系数为6.2×10-4K-1(范围为8-120K)。

 

2.3聚四氟乙烯(PTFETeflon,俄语 - Ftoroplast

PTFE在室温下为白色固体,密度约为2.2 g / cm3。 其熔点为327°C,但其特性在-73°C204°C的宽温度范围内保持在有用的水平。 在宽波长范围内折射率为~1.43

由于在1-7μm范围内的良好透射性,PTFE膜用于制造红外或太赫兹偏振器。这些偏振器的第一成本低于晶体偏振器,有利于它们在使用偏振辐射的IR传感器中取得大量应用。

PTFE的主要参数:

抗张强度

3900 psi ~26.7 MPa

拉伸模量 (psi)

80000 psi ~551.6 MPa

抗张伸展率 (%)

300

绕曲强度 (psi)

No break

绕曲模量 (psi)

72000

耐压强度 (psi)

3500

耐压系数 (psi)

70000

 

太赫兹材料透射率的总结

如您所见,TPXPEPTFE等所有有机材料均具有约80-90%的均匀稳定透射率,从~200μm开始,最高可达1000μm。当然,他们在更长的波长也有具有较好的透过率。由于反射损耗,硅,石英和蓝宝石等晶体材料在THz范围内具有较低的透射率。对于硅,从50μm开始为50-54%,对于石英,从约120μm开始为> 70%,对于蓝宝石,从1-2mm样品厚度的约350μm开始> 50%。

基于这些太赫兹材料,海纳光学推出了一系列太赫兹元件,例如太赫兹透镜、太赫兹偏振片、太赫兹衰减器、太赫兹窗片、太赫兹波片、太赫兹反射镜、太赫兹棱镜……。

产品导航 : 光束整形器分束器螺旋相位板微透镜阵列径向偏振片(S波片)红外观察仪激光防护眼镜显微镜载物台显微镜自动对焦量子级联激光器266nm激光器光斑分析仪光束质量分析仪激光晶体电控位移台主动被动隔震台太赫兹源太赫兹相机

友情链接 : 维尔克斯光电  中国供应商 中科光学


版权所有:深圳海纳光学有限公司 粤ICP备18089606号
电话:0755-84870203 邮箱:sales@highlightoptics.com