专栏：太赫兹光谱、探测技术及应用2023(2)
发刊词
《太赫兹光谱、探测技术及应用》
专栏发刊词
经过半年多的征稿与筹备，《太赫兹光谱、探测技术及应用》专栏正式和大家见面了！
光谱与探测技术是太赫兹领域的关键基础技术。许多物质在太赫兹频段都有特征谱，通过对物质太赫兹光谱的测量与分析，可以获得太赫兹辐射与物质相互作用的重要物理信息，同时该频段光谱数据库的建立和完善，是太赫兹技术获得具体应用的重要前提。目前由于快速、高灵敏和室温工作的太赫兹探测器还比较缺乏，导致相关技术的发展也受到较大阻碍，但随着新材料、新结构和新原理器件的出现，使得开发快速而有效的太赫兹探测技术成为可能，并有望提升其在光谱测量、高速探测与成像等领域的应用优势。成像技术是呈现物质在太赫兹波段图像特征的重要手段，近年来，深度学习算法发展迅速，基于深度学习的图像处理技术是弥补太赫兹图像质量欠佳的有效手段，并有望帮助太赫兹成像技术获得实际应用。
因此，本刊设立了《太赫兹光谱、探测技术及应用》专栏，邀请了6位对太赫兹光谱、探测及交叉应用领域有深入研究的专家担任编委，组织征稿，旨在报道太赫兹光谱、探测、成像及算法等领域最新的研究成果，实现相关领域最新进展的互通共享，促进我国太赫兹技术研究领域的发展。通过半年多的稿件征集，本专栏吸引了许多学者、业内人士的关注与参与，最终精选出5篇论文出刊。本次专栏内容丰富，既有关于太赫兹辐射新型探测机制、水合物太赫兹光谱及失水动力学等理论研究，也有基于深度学习算法的太赫兹图像分割与图像增强技术等实验研究。在此，我们对关心并支持本专栏出版的各位领导、组稿专家学者，以及积极参与专栏征文活动的所有作者表示衷心的感谢！
本期专栏主编：谭智勇
文章列表
2023, 21(2):125-138.
DOI: 10.11805/TKYDA2022207
摘要:
里德堡(Rydberg)原子具有极大的极化率和电偶极矩，并对外电场十分敏感，因此可利用Rydberg原子的量子干涉效应实现微波和太赫兹场的高精确度、自校准测量，基于Rydberg原子对太赫兹波频率上转换效应可实现太赫兹波段的实时成像。本文回顾了利用Rydberg原子的电磁诱导透明效应和Autler-Townes分裂现象实现对微波和太赫兹场的高精确度探测的研究进展，以及Rydberg原子在快速太赫兹成像方面的研究。
里德堡(Rydberg)原子具有极大的极化率和电偶极矩，并对外电场十分敏感，因此可利用Rydberg原子的量子干涉效应实现微波和太赫兹场的高精确度、自校准测量，基于Rydberg原子对太赫兹波频率上转换效应可实现太赫兹波段的实时成像。本文回顾了利用Rydberg原子的电磁诱导透明效应和Autler-Townes分裂现象实现对微波和太赫兹场的高精确度探测的研究进展，以及Rydberg原子在快速太赫兹成像方面的研究。
2023, 21(2):143-149.
DOI: 10.11805/TKYDA2022208
摘要:
为解决太赫兹成像分辨力低，危险品边缘模糊，无法有效对危险品进行分割的问题，提出一种基于对抗式生成网络与多头注意力机制的新型网络架构，并用于太赫兹安检图像智能分割。通过学习深层鉴别器的特征图优化生成器，获得更加真实的生成图像；引入多头注意力机制提升模型对危险品特征的识别能力。分割太赫兹安检图像的大量实验结果表明，相较于传统卷积神经网络，提出的对抗生成网络在相同深度下具有更好的泛化能力；多头注意力机制的引入强化了模型对危险品特征的学习，在未知危险品类别的情况下同样拥有较好的效果，其交并比(IOU)指标相较ResNet-50提高9.6%，相较ResNet-18提高21.3%，相较U-Net提高12.3%。本文研究有利于图像分割算法更准确、高效地处理太赫兹安检图像，有助于拓宽太赫兹智能安检系统的进一步应用。
为解决太赫兹成像分辨力低，危险品边缘模糊，无法有效对危险品进行分割的问题，提出一种基于对抗式生成网络与多头注意力机制的新型网络架构，并用于太赫兹安检图像智能分割。通过学习深层鉴别器的特征图优化生成器，获得更加真实的生成图像；引入多头注意力机制提升模型对危险品特征的识别能力。分割太赫兹安检图像的大量实验结果表明，相较于传统卷积神经网络，提出的对抗生成网络在相同深度下具有更好的泛化能力；多头注意力机制的引入强化了模型对危险品特征的学习，在未知危险品类别的情况下同样拥有较好的效果，其交并比(IOU)指标相较ResNet-50提高9.6%，相较ResNet-18提高21.3%，相较U-Net提高12.3%。本文研究有利于图像分割算法更准确、高效地处理太赫兹安检图像，有助于拓宽太赫兹智能安检系统的进一步应用。
2023, 21(2):157-175.
DOI: 10.11805/TKYDA2022132
摘要:
为更好地设计基于不同材料、不同制作工艺文物的最佳保护方案，文物保护科技人员首先需要选用最有效的无损检测方法对文物进行全面检测。太赫兹波具有光子能量低、对非金属和非极性物质有较强穿透性、可同时获得脉冲电场振幅和相位信息、较好的抗干扰能力等独特性质，使其在诸多无损检测方法中脱颖而出。本文系统综述了太赫兹技术在文物无损检测应用中的最新研究进展；阐述了不同类型文物材料的太赫兹光谱特征、太赫兹成像检测技术原理和特点；指出了太赫兹无损检测技术对不同类型文物进行无损检测的技术关键点，列举了太赫兹技术在文物科学领域最成功和最具代表性的应用实例。最后展望了太赫兹无损检测技术在文物保护领域的发展趋势。
为更好地设计基于不同材料、不同制作工艺文物的最佳保护方案，文物保护科技人员首先需要选用最有效的无损检测方法对文物进行全面检测。太赫兹波具有光子能量低、对非金属和非极性物质有较强穿透性、可同时获得脉冲电场振幅和相位信息、较好的抗干扰能力等独特性质，使其在诸多无损检测方法中脱颖而出。本文系统综述了太赫兹技术在文物无损检测应用中的最新研究进展；阐述了不同类型文物材料的太赫兹光谱特征、太赫兹成像检测技术原理和特点；指出了太赫兹无损检测技术对不同类型文物进行无损检测的技术关键点，列举了太赫兹技术在文物科学领域最成功和最具代表性的应用实例。最后展望了太赫兹无损检测技术在文物保护领域的发展趋势。
2023, 21(2):150-156.
DOI: 10.11805/TKYDA2022205
摘要:
利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)对柠檬酸锌二水合物晶体及其失水动力学进行准确、无标记检测。实验结果表明，室温下柠檬酸锌二水合物有2个明显的吸收峰：一个主峰在1.91 THz，一个次峰在1.77 THz。随着温度升高，柠檬酸锌二水合物吸收主峰强度不断减少，直至消失。根据柠檬酸锌二水合物在1.91 THz处的特征吸收峰面积在不同温度、不同加热时间的变化关系，利用阿伦尼乌斯方程得到柠檬酸锌二水合物转变成无水合物的焓变为381.13 J/g(232.6 kJ/mol)，与传统差示扫描量热法(DSC)相比测量误差为4.2%。这些结果表明，THz-TDS可以提供一种快速、有效的结晶水合物焓变检测方法。
利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)对柠檬酸锌二水合物晶体及其失水动力学进行准确、无标记检测。实验结果表明，室温下柠檬酸锌二水合物有2个明显的吸收峰：一个主峰在1.91 THz，一个次峰在1.77 THz。随着温度升高，柠檬酸锌二水合物吸收主峰强度不断减少，直至消失。根据柠檬酸锌二水合物在1.91 THz处的特征吸收峰面积在不同温度、不同加热时间的变化关系，利用阿伦尼乌斯方程得到柠檬酸锌二水合物转变成无水合物的焓变为381.13 J/g(232.6 kJ/mol)，与传统差示扫描量热法(DSC)相比测量误差为4.2%。这些结果表明，THz-TDS可以提供一种快速、有效的结晶水合物焓变检测方法。
2023, 21(2):139-142.
DOI: 10.11805/TKYDA2022199
摘要:
针对毫米波亚毫米波探测仪对准光学馈电网络的需求，基于GRASP软件设计了一套23~425 GHz 10频段准光学馈电网络。采用平面折返镜实现双层准光学馈电网络设计，有效控制系统结构包络；通过极化栅网和频率选择面(FSS)分离通道，对通道指标进行仿真分析。采用平面近场方法对准光馈电网络辐射性能进行测试，测试结果满足指标要求。
针对毫米波亚毫米波探测仪对准光学馈电网络的需求，基于GRASP软件设计了一套23~425 GHz 10频段准光学馈电网络。采用平面折返镜实现双层准光学馈电网络设计，有效控制系统结构包络；通过极化栅网和频率选择面(FSS)分离通道，对通道指标进行仿真分析。采用平面近场方法对准光馈电网络辐射性能进行测试，测试结果满足指标要求。
