盡管目前人們(men) 已經開發出了多種時域太赫茲(zi) 波探測技術，但是太赫茲(zi) 波對周圍水分的較高吸收卻阻礙了其在遙感領域的廣泛應用，其中包括在國土安全、天文學以及環境監測等方麵的大量應用。最近，美國倫(lun) 斯勒理工學院以及加拿大拉瓦勒大學的研究人員開發出了一種新型全光技術，該技術使太赫茲(zi) 波在遙感應用中遇到的問題最終得以解決(jue) 。^[1]

激光致熒光

       該技術的核心思想是利用與(yu) 太赫茲(zi) 波相互作用的全向熒光發射。其信號探測方法足夠靈敏，可以在10米遠處時域分辨太赫茲(zi) 脈衝(chong) ，同時具備最弱的水蒸氣吸收，且不受方向性限製。

       用一個(ge) 紫外波段鍍膜的望遠鏡和一個(ge) 光譜儀(yi) 對遠處的激光致等離子體(ti) 氮熒光進行采集和測量。用強激光脈衝(chong) 輻照氮原子會(hui) 激發出一部分電子，隨後電子被原子及分子的高能級裏德堡態束縛。單周期太赫茲(zi) 脈衝(chong) 很容易導致束縛態的原子電離，從(cong) 而產(chan) 生太赫茲(zi) 輻射增強熒光發射(THz-REEF)。

       研究人員利用雙色（基頻光與(yu) 二次諧波）激光脈衝(chong) 非對稱地電離氣體(ti) ，這樣可以控製激光致等離子體(ti) 內(nei) 的電子漂移速度，從(cong) 而能夠對與(yu) 太赫茲(zi) 波相互作用的等離子體(ti) 產(chan) 生的熒光進行相幹操縱。基頻光脈衝(chong) 與(yu) 二次諧波脈衝(chong) 之間的相對光學相位，可以實現精度達阿秒量級的調節，用以產(chan) 生非對稱電子漂移。在電子漂移速度方向與(yu) 太赫茲(zi) 偏振方向同偏振以及垂直偏振的條件下，分別對時間分辨的THz-REEF波形（隨著連續改變的太赫茲(zi) 脈衝(chong) 以及光脈衝(chong) 之間的延遲來測量熒光發射而獲得）進行測量。兩(liang) 種波形之間的差別正比於(yu) 時間依賴的太赫茲(zi) 場（太赫茲(zi) 時域波形）。同時，太赫茲(zi) 脈衝(chong) 的振幅及相位信息可以從(cong) 熒光信號中提取出來。

遠距光譜

       采用THz-REEF技術，可以分別在0~7THz以及0~1.5THz的範圍內(nei) 獲得水蒸氣和爆炸物4A-DNT的高分辨率寬帶光譜。獲得的4A-DNT光譜結果與(yu) 用電光取樣方法獲得的結果一致。這裏，電光取樣利用一塊電光晶體(ti) （300µm厚、沿<110>方向切割的磷化镓晶體(ti) ）通過普克爾效應測量時域太赫茲(zi) 波形。由於(yu) 不存在本征聲子吸收和法珀標準具效應，因此該技術能夠提供寬帶高分辨率光譜。

圖：利用太赫茲(zi) 輻射增強熒光發射（THz-REEF）技術測量爆炸物4A-DNT的吸收光譜。

        倫(lun) 斯勒理工學院太赫茲(zi) 研究中心的X.-C. Zhang教授指出：“利用高功率激光，將該太赫茲(zi) 波遙感技術與(yu) 以前展示的利用穩定可控相對相位的雙色激光束致遠距離太赫茲(zi) 波產(chan) 生技術相結合，能夠實現遠距太赫茲(zi) 光譜學在化學生物製劑識別領域的應用。此外，通過揭示強場電離、等離子動力學以及太赫茲(zi) 波致電子加熱等詳細的相互作用過程，該技術還有望為(wei) 研究光與(yu) 物質的強相互作用中電子的行為(wei) 提供頗具潛力的新方法。”

       Zhang還補充道：“在現實環境下實現太赫茲(zi) 波遙感的最大挑戰在於(yu) 太赫茲(zi) 波對水蒸氣的強吸收。紫外熒光在大氣波段的高度透明性，使得太赫茲(zi) 遙感成為(wei) 可能。現在，我們(men) 不需要再擔心濕度問題就可以實現太赫茲(zi) 遙感了。”