本书内容从光学太赫兹辐射源器件到生物医学应用,覆盖了各种光学太赫兹辐射源器件以及太赫兹生物光谱应用研究现状。全书共七章,1章介绍光学太赫兹与物质相互作用;第2章介绍太赫兹波段非线性晶体;第3章介绍宽带光学太赫兹脉冲辐射源;第4章介绍基于参量振荡技术的窄带可调谐脉冲太赫兹辐射源;第5章介绍基于差频技术的可调谐脉冲太赫兹辐射源;第6章介绍连续太赫兹辐射源;第7章介绍太赫兹生物医学应用。希望通过介绍光学太赫兹辐射源的研究及其在生物医学应用方面的研究成果及经验,为需要了解太赫兹辐射源及其生物医学应用方面的读者或将要从事该研究的科研工作者提供一定的参考和借鉴。
“战略前沿新技术——太赫兹出版工程”是华东理工大学出版社重大学术出版项目，得到了中国科学院雷啸霖院士、中国工程院庄松林院士等国内知名专家学者的大力支持。
丛书总主编曹俊诚，中科院上海微系统与信息技术研究所研究员，国家杰出青年基金获得者（2004）、中科院“百人计划”入选者（2009）、国务院政府特殊津贴获得者、国家科技部重大仪器专项首席科学家。
丛书共14分册，具体分为太赫兹源、太赫兹探测及太赫兹应用三大部分，阐释太赫兹测试过程中的各种前沿技术，详细介绍太赫兹基础性能研究以及太赫兹技术在国防、安全、通信、医疗、天文等诸多领域的应用，结合创作者多年的相关研究成果和实践经验，借鉴和归纳总结国内外相关研究领域专家学者和科研人员的研究成果，是国内首套全面、详细介绍太赫兹技术的原创丛书，代表了国内一流研究水平，为该领域专业人员提供关键技术参考，旨在加强先进技术的研发、推广和应用。
本书为“战略前沿新技术——太赫兹出版工程”04分册，全书采用80克雅质纸，彩色印刷。从光学太赫兹辐射源器件到生物医学应用,覆盖了各种光学太赫兹辐射源器件以及太赫兹生物光谱应用研究现状。本书介绍大量光学太赫兹辐射源的研究及其在生物医学应用方面的研究成果及经验，希望本书能够为需要了解太赫兹辐射源及其生物医学应用方面的读者或将要从事该研究的科研工作者提供一定的参考和借鉴。
太赫兹波是指频率为0.1~10THz、位于红外和微波之间的电磁波,是电子学向光子学过渡的波段。太赫兹辐射源是太赫兹科学技术领域中核心关键技术之一,根据太赫兹波处于电磁波谱中的位置,太赫兹辐射源可以分为电子学太赫兹辐射源、光学太赫兹辐射源以及半导体太赫兹辐射源三大类。光学太赫兹辐射源主要是基于激光与光电子技术产生太赫兹波的辐射源,其优势在于能够产生整个太赫兹波谱范围内的太赫兹辐射,同时具有频谱宽、常温下工作等特点,这是目前除了自由电子激光器外能够获得整个太赫兹波段辐射源的技术方法。光学太赫兹辐射源由于其宽带输出、常温工作、结构简单等优点,在波谱、成像以及检测等太赫兹科学技术应用领域得到了广泛的应用。太赫兹辐射的能级与生物分子低频运动如分子的振动、转动以及分子骨架扭动的能量有很大的交界,太赫兹技术可通过“指纹谱”识别实现生物分子表征;太赫兹光谱表征的是分子内、分子间的弱相互作用,可用于实现生物分子相互作用的动态探测;太赫兹波的光子能量相对较低,具有生物安全性;太赫兹辐射对水特别敏感,有利于生物体的在体检测。因此,太赫兹技术可作为一种全新独特的生物检测技术。
本书内容从光学太赫兹辐射源器件到生物医学应用,覆盖了各种光学太赫兹辐射源器件以及太赫兹生物光谱应用研究现状。本书共有七章内容。1章光学太赫兹与物质相互作用;第2章太赫兹波段非线性晶体;第3章宽带光学太赫兹脉冲辐射源;第4章基于参量振荡技术的窄带可调谐脉冲太赫兹辐射源;第5章基于差频技术的可调谐脉冲太赫兹辐射源;第6章连续太赫兹辐射源;第7章太赫兹生物医学应用。
本书的工作是作者所在的姚建铨院士团队近年来研究工作的总结。在研究工作中涉及激光与光电子技术、非线性光学频率变换技术、光谱与成像技术等知识,作者希望通过介绍光学太赫兹辐射源的研究及其在生物医学应用方面的研究成果和经验,为需要了解太赫兹辐射源及其生物医学应用方面的读者或将要从事该研究的科研工作者提供一定的参考和借鉴。由于作者水平有限,书中不妥之处在所难免,恳请广大师生和读者批评、指正。
徐德刚，天津大学精密仪器与光电子工程学院长聘教授，博士生导师，微光机电系统技术教育部重点实验室（B类）（天津大学）主任，天津大学海洋科学与技术学院副院长，2013年教育部新世纪优秀人才，天津市131创新型第二层次人才计划、天津大学“北洋青年学者”。中国光学学会激光技术专委会常务委员，天津市光学学会常务理事，天津市激光学会常务理事，天津市智能科学与技术研究会理事。
姚建铨，中国科学院院士，激光与非线性光学专家，天津大学教授，激光与电子研究所所长，天津大学精密仪器与光电子工程学院名誉院长 。主要从事激光与非线性光学频率变换技术研究，发展了高功率倍频激光的理论，发明的双轴晶体相位匹配的精确计算理论，被国际学术界称为“姚技术”“姚方法”并广泛应用。
1 光学太赫兹与物质相互作用001
1.1 激光与非线性光学基本原理003
1.1.1 激光基本原理003
1.1.2 非线性频率变换技术004
1.1.3 太赫兹技术005
1.2 太赫兹与物质相互作用特性007
1.2.1 弱场太赫兹与物质的相互作用007
1.2.2 强场太赫兹与物质的相互作用012
1.3 太赫兹在空间中的准光传输特性017
参考文献020
2 太赫兹波段非线性晶体023
2.1 无机非线性光学晶体025
2.1.1 LiNbO3晶体025
2.1.2 MgO∶LiNbO3晶体029
2.1.3 KTP晶体030
2.1.4 KTA晶体032
2.1.5 KDP晶体033
2.1.6 GaAs晶体035
2.1.7 GaSe晶体037
2.1.8 ZnGeP2晶体040
2.2 有机非线性晶体041
2.2.1 DAST晶体042
2.2.2 DSTMS晶体045
2.2.3 DASC晶体047
2.2.4 DASB晶体048
2.2.5 HMQ T和HMQ TMS晶体048
2.2.6 HMB TMS和HMB T晶体050
2.2.7 OH1晶体051
2.2.8 BNA晶体053
003 目录
参考文献054
3 宽带光学太赫兹脉冲辐射源061
3.1 超快光学063
3.1.1 飞秒激光器063
3.1.2 太赫兹时域光谱学065
3.2 基于光电导的超宽带太赫兹脉冲辐射源067
3.3 基于光整流的超宽带太赫兹脉冲辐射源070
3.3.1 光整流产生太赫兹波的基本过程070
3.3.2 光整流产生太赫兹波的机理分析070
3.3.3 光整流产生太赫兹波的转换效率073
3.4 强场超宽带太赫兹脉冲辐射源073
参考文献075
4 基于参量振荡技术的窄带可调谐脉冲太赫兹辐射源077
4.1 非线性参量过程079
4.1.1 拉曼散射过程081
4.1.2 电磁耦子散射过程082
4.2 基于受激电磁耦子散射过程产生太赫兹波的理论研究084
4.2.1 光学晶格振动模的色散084
4.2.2 与晶格振动模有关的三波耦合作用的理论研究087
4.2.3 散射过程中增益与损耗的理论计算090
4.3 适合参量振荡技术的太赫兹波段非线性晶体093
4.3.1 铌酸锂晶体和钽酸锂晶体光学特性简介093
4.3.2 铌酸锂晶体和钽酸锂晶体色散与吸收特性的研究095
4.4 电磁耦子散射过程中角度相位匹配的数值模拟101
4.5 电磁耦子散射过程中太赫兹波增益、吸收特性的数值模拟104
4.6 基于外腔参量振荡的脉冲太赫兹波辐射源110
4.6.1 太赫兹波参量源耦合技术的发展111
4.6.2 新晶体在太赫兹参量振荡器中的应用115
4.6.3 太赫兹参量振荡器腔型结构的优化设计117
4.6.4 基于内腔参量振荡的脉冲太赫兹辐射源122
4.6.5 其他新型参量振荡的脉冲太赫兹辐射源127
参考文献128
5 基于差频技术的可调谐脉冲太赫兹辐射源135
5.1 太赫兹差频技术基本原理137
5.2 适合差频技术的太赫兹波段非线性晶体149
5.2.1 GaSe晶体149
5.2.2 ZnGeP2晶体150
5.2.3 GaAs晶体151
5.2.4 DAST晶体153
5.3 基于差频技术的可调谐脉冲太赫兹辐射源154
5.4 超宽带可调谐脉冲太赫兹辐射源165
5.5 高重频太赫兹脉冲辐射源176
参考文献186
6 连续太赫兹辐射源189
6.1 基于光混频的连续太赫兹辐射源191
6.1.1 优化天线设计192
6.1.2 提高泵浦激光功率197
6.1.3 采用其他衬底材料197
6.2 光泵浦高功率连续太赫兹辐射源200
参考文献212
7 太赫兹生物医学应用217
7.1 太赫兹与物质相互作用219
7.1.1 太赫兹波与生物组织的相互作用分析219
7.1.2 太赫兹波与生物组织相互作用的介电模型220
7.2 太赫兹波生物光谱与成像特性222
7.2.1 生物组织太赫兹波指纹谱特性222
7.2.2 生物组织太赫兹波段的吸收系数与折射率225
7.2.3 太赫兹波成像系统229
7.2.4 太赫兹波生物水分含量检测原理以及误差分析234
7.2.5 不同状态生物组织太赫兹波成像特性238
7.2.6 环境参数对生物组织太赫兹波检测的影响241
7.3 太赫兹在脑外科精准医学检测技术方面的应用242
7.3.1 脑胶质瘤的太赫兹检测242
7.3.2 击打性脑创伤的太赫兹检测247
7.3.3 脑缺血的太赫兹检测254
7.4 太赫兹在细胞、组织等方面的医学检测应用255
7.4.1 太赫兹波细胞检测255
7.4.2 太赫兹波生物组织检测261
参考文献265
索引274
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