太赫兹光电倍增管，我们可以看得更远
2024-05-15123
在广阔的电磁波谱中，隐藏着一个神秘而独特的频段，那就是太赫兹波段。这个频段位于0.1THz至10THz之间，其波长则在30微米至3毫米的范围内，恰好处于微波与红外波之间的交界地带。尽管它如此特殊，但科学家们对它的研究却相对较少，仿佛这片领域还隐藏着许多未被发掘的宝藏。然而，正是这个神秘的太赫兹波段，拥有许多令人惊奇的特性，使其在安检、医疗成像、危险品与有毒有害物质检测、新一代通信技术以及天文探测等领域展现出了巨大的应用潜力。它的优异特性主要体现在以下几个方面，这些性质是其他电磁波所无法比拟的： （1）瞬态性：太赫兹波具有皮秒量级的脉冲宽度，所以太赫兹波可以对很多材料进行研究物理的超快化学反应过程(即时间分辨光谱)的研究。基于太赫兹波良好的稳定性，可以获得信噪比较高的太赫兹时域谱。（2）高透射性：太赫兹波，拥有令人惊叹的穿透能力，它可以轻松穿越众多非极性物质，如塑料、布料乃至纸箱。这一特性使得它在安检领域大放异彩，为我们提供了前所未有的无损检测手段，为我们的安全带来了更多的保障和便利。（3）宽带宽性：太赫兹波其频率跨越了0.1至10 THz的广阔领域。正因为它的频率如此宽泛，太赫兹波的电磁振荡能够覆盖众多周期。目前太赫兹波的单个脉冲频带范围可以从GHz到几十THz 之间。这样的特性，使得太赫兹波在物质的光谱分析上大放异彩。 （4）相干性：目前常见的太赫兹波的产生方式有两种，一种是通过相干激光脉冲经过非线性光学差频产生的，另一种是经过相干电流驱动的偶极子振荡产生的。经过研究发现，太赫兹波同时具有空间相干性和时间相干性的特性。（5）吸水性：由于太赫兹辐射可以被大多数的极性分子吸收，且吸收性很强。所以利用这一特点，可以通过太赫兹辐射来分析极性分子的特征谱，获取极性分子的物质成分，从而达到对产品质量进行检测的目的。（6）超低能量性：太赫兹的光子能量大约为4.1 meV（毫电子伏特），这一低能量特性使其在人体及其他生物样品的活体检测中展现出独特的优势。通过太赫兹波段的应用，我们能够更加安全、高效地进行活体检测，为医学研究和临床实践提供有力支持。科研人员对太赫兹波段的深入研究已经催生了太赫兹探测器领域的突破性成果。然而，现有的太赫兹探测器在性能和使用上仍面临一些挑战。比如，制冷型的太赫兹探测器以其快速的响应速率和低噪声等效功率脱颖而出，但其体积较大且成本高昂，这无疑限制了它的应用范围和普及程度。相比之下，室温下工作的太赫兹探测器无需复杂的制冷设备，使用起来更为便捷。但遗憾的是，这类探测器往往存在噪声等效功率偏大、灵敏度较低的问题，影响了其在实际应用中的性能表现。为了攻克这些难题，研发高效、快速且易用的太赫兹探测器一直是科研人员追求的目标。
滨松公司是一家专注于光探测器研发和制造的企业，其光电倍增管在业内享有盛誉，甚至曾两次助力诺贝尔奖的诞生。而在太赫兹研究领域，滨松公司同样展现出了强大的实力。今年，滨松公司成功发布了能够探测太赫兹波段的光电倍增管和像增强器，这一创新成果无疑将推动太赫兹研究的进一步发展。其中相关的产品在2024年上海慕尼黑光博会已经有实物展出，让更多的人能够亲眼见证太赫兹技术的魅力与潜力。
图1 左：太赫兹像增强器 右：太赫兹光电倍增管太赫兹光电倍增管，这项技术的核心在于，它将传统光电倍增管的光阴级面革新性地替换为能够敏锐响应太赫兹波段的超构表面。太赫兹经过超构表面后，产生电子，然后进入倍增级实现连续的倍增放大，Z后通过阳极将信号输出，具有高灵敏度、高速响应的特点。
图3 太赫兹光电倍增管响应&输出波形太赫兹像增强器也是将传统的像增强的阴极面替换为能够响应太赫兹波段的超构表面，太赫兹经过后，产生电子，然后进入MCP进行倍增，Z后轰击在荧光屏上，进行成像。具有高灵敏度、快速响应、操作简单的特性。
图5 利用太赫兹像增强器进行聚焦成像和准直成像案例以上是滨松为您精心梳理的关于太赫兹光电倍增管与像增强器的全面解析。若您对这些神奇的技术装置怀有浓厚兴趣，或是想要深入了解它们在实际应用中的卓越表现，您可以在评论区留下宝贵的疑问与需求，我们的专业工程师便会为您答疑解惑，提供Z贴心的服务。
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