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摘要
在太赫兹光谱实验测试中，为了提高系统信噪比，被测试的固态样品表面通常为平行且光滑的形态，然而在安检等实际应用场合中，自然状态下的物体表面可能会呈现出凹陷、凸起等特殊形态，这会对太赫兹光谱产生影响，这些影响与特殊形态的尺寸有关，但最容易忽视的是这些影响也与太赫兹波的空间分布有关。首先，对凹陷表面样品进行了基于高斯光学的太赫兹波透射过程建模，研究了表面具有规则圆柱形的凹陷表面形态对太赫兹透射光谱的影响。通过小孔拟合法对太赫兹光谱系统的高斯光学参数进行了测量，获得了太赫兹波的束腰半径等参数。然后，选用表面被加工成凹陷形态的聚四氟乙烯为实验材料进行太赫兹透射光谱实验，将太赫兹光谱传递函数幅值的理论模型值和实验值进行对比来验证模型的适用情况，通过实验证实了在表面有凹陷等缺损情况时将太赫兹波进行高斯光束建模的必要性。最后，由模型推论出在与太赫兹波传播方向平行和垂直两个维度方向上，凹陷深度和凹陷半径对太赫兹透射光谱的定量影响作用：随着凹陷深度的增加，光谱传递函数幅值周期越来越小，两者之间存在单调的定量关系，且不会受到凹陷半径的影响。利用凹陷深度对光谱传递函数幅值周期的定量影响关系可以实现对凹陷深度的定量检测，当可用频谱宽度为1.2 THz时，凹陷深度的最低检测值为0.53 mm;随着凹陷半径的增加，光谱传递函数幅值均值有着先降低后增加的变化趋势，两者之间不存在单调函数关系且受到凹陷深度的影响。当凹陷半径大于5 mm时，光谱传递函数幅值均值不再随半径的增加而增大，样品表面凹陷对太赫兹波光谱传递函数幅值幅度的影响与凹陷位置也有关系，这两种现象主要与太赫兹波的高斯分布情况有关。研究结论可用于太赫兹波在非极性材料表面缺陷的无损检测中，还可用于设计样品表面形态，使其具有期望的光谱传递函数。
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单位自动化学院; 北京科技大学
