Универсальная сила

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 2260 (2023) Цитировать эту статью

805 Доступов

1 Цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Терагерцовая (ТГц) спектроскопия во временной области (TDS, ТГц-TDS) использовалась для измерения ТГц оптических свойств, т. е. показателей преломления и коэффициентов поглощения семейств боросиликатных, теллуритовых и халькогенидных стекол. Мы заметили, что оптические свойства ТГц диапазона зависят от состава стекла. ТГц показатели преломления зафиксировали тенденцию к увеличению от боросиликатных к халькогенидным и теллуритным стеклам. Наши результаты демонстрируют возможность выбора семейства, системы и состава стекол с учетом ТГц оптических свойств для потенциального использования в ТГц оптических и фотонных приложениях. Мы сообщаем о параметрах подгонки K и β для степенной модели, используемой для описания этих свойств, и показываем, как ее можно универсально применять к нескольким семействам стекол.

Очки можно использовать как различные пассивные, так и активные оптические компоненты, например, волноводы, окна, линзы и т. д. на ТГц частотах благодаря возможности адаптировать, настраивать и контролировать оптические свойства, включая низкий или высокий показатель преломления, уменьшенную дисперсию. и коэффициент поглощения, которые можно выбрать для любых желаемых применений. Знание показателей преломления ТГц и коэффициентов поглощения в ТГц полосе пропускания для многих семейств стекол расширяет возможности использования очков в этом диапазоне частот для различных приложений, охватывающих широкие области ТГц оптики и фотоники, особенно ориентированных на системы связи1, безопасности и обороны2, и медицинский диагноз3.

Приложения ТГц включают контроль качества и экспертизу в различных областях, включая промышленное производство продуктов питания, транспортировку упакованных материалов, проверку художественных работ, проверку и исследование полупроводниковых пластин, анализ влажности для сельского хозяйства, а также в бумажной, автомобильной и фармацевтической промышленности4,5,6. ,7,8. ТГц-изображение с отражением используется в биомедицинской диагностике заболеваний, поскольку ТГц-излучение имеет ограниченное проникновение в живые ткани и может использоваться для приповерхностной идентификации раковых тканей, например, кожи и рака молочной железы, благодаря уникальной ТГц-сигнатуре1,3,9. Например, фармацевтическая промышленность использует ТГц спектроскопию для различных специализированных целей, включая аналитическую характеристику, идентификацию материалов и изучение систем доставки лекарств. Его специально использовали для определения степени кристалличности, толщины покрытия, однородности, шероховатости, пористости и дефектов, например трещин и расслоений, наблюдаемых на покрытиях таблеток10,11,12,13.

Нафтали и др.14,15,16, Канг и др.17 и Равальи и др.18 сообщили об оптических и диэлектрических свойствах некоторых коммерчески доступных силикатных стекол, включая поликристаллический плавленый кварц, аморфный плавленый кварц и силикатные стекла B. 270® (модифицированное натриево-известковое кронен-стекло), BK7® (боросиликатное стекло), Pyrex® (боросиликатное стекло), N-Zk7® (цинковое кронен-стекло), серия SF® (плотное бесцветное стекло) и SK10® (плотное бариевое стекло). коронное стекло). Боросиликатные, теллуритные и халькогенидные стекла определяются как семейства силикатсодержащих оксидов, несиликатных оксидов и несиликатных оксидов соответственно. Различные семейства стекол имеют совершенно разные составы, структуры, например, структурные единицы, связность и сети, а также результирующие свойства, например, ТГц показатели преломления и коэффициенты поглощения. Шторм и др.19,20 и Шломан21 проанализировали коэффициенты ТГц поглощения, используя степенную модель: \(n\left(\nu \right)\alpha \left(\nu \right)={K\left(h\nu \right)}^{\beta }\) или упрощенную форму \(n\alpha ={K\times f}^{\beta }\), где \(n\left(\nu \right)\) — показатель преломления, зависящий от частоты, \(\alpha \left(\nu \right)\) — коэффициент поглощения, зависящий от частоты, K определяется свойствами материала, а β — константа, зависящая от состава стекла. K определяется как \(K=\frac{{{e}^{*}}^{2}N{k}^{2}}{{\mathrm{\hbar }}^{2}\rho c{ V}_{D}^{3}}\), где \(N\) — плотность флуктуаций заряда амплитуды (\({e}^{*}\)), k — поправочный коэффициент локального поля ( n2 + 2)/3, \(\mathrm{\hbar }\) — приведенная постоянная Планка, \(\rho\) — плотность массы, \(c\) — скорость света в вакууме, VD – дебаевская скорость звука. К увеличивается примерно с четвертой степенью показателя преломления. Сторм и др.19,20 рассмотрели параметры поглощения ТГц дальнего инфракрасного диапазона для некоторых стекол, включая SiO2, B2O3, GeO2, As2S3, Se, As2Se3, а также других составов, где параметры β оказались равными ~ 2.