一、引言
太赫兹技术正在迅速成为一种强大的工具用于研究物质的独特性质。特别是太赫兹时域光谱（THz-TDS）系统结合衰减全反射（ATR）技术的应用，为科学家们提供了前所未有的能力来分析固态材料的内部结构和成分。太赫兹波是指频率介于0.1到10 THz之间的电磁波，位于红外线与微波之间。由于它们具有穿透性强、携带物质理化性质以及低光子能量等特点，在生物学、医学、物理学及化学等领域展现了广阔的应用前景。此次研究由华太极光光电技术有限公司的研发部完成，旨在利用衰减全反射式太赫兹时域光谱技术探究固态α-乳糖的光谱特性。通过对比传统透射式光谱技术和ATR-THz-TDS系统的实验结果，研究人员希望能够为衰减全反射固体测试提供新的实验参考，并进一步验证该方法的有效性。
二、实验设计与过程
实验中采用了便携式太赫兹波谱仪，除探头及延迟线外，其余部分均采用光纤耦合。其中，飞秒光纤激光器输出激励光和探测光两部分，前者激发太赫兹天线产生脉冲，后者则负责采样。特别值得注意的是，探头部分使用了自制的高阻硅棱镜作为ATR组件，其折射率为3.42，底角60°，以确保zui佳的信号采集效果。
为了保证数据准确性，实验环境被严格控制，包括温度保持在18℃左右，并采取密封充氮措施减少空气中水汽对测量的影响。此外，还设置了严格的样品制备流程，比如将α-乳糖粉末过筛至75μm大小等步骤，以确保实验条件的一致性。
图 1 (a) 硅棱镜及光束传输路径图 ； (b) 衰减全反射探头
图 2 α-乳糖纯品压片吸收谱线
三、结果与讨论
通过对不同剂量α-乳糖样品进行测试，发现增加样品量并不会影响其在0.53 THz和1.36 THz处的吸收强度；而减小颗粒度，则会在这两个频率附近增强吸收强度。这表明，在进行ATR实验时，适当研磨样品可以提高检测灵敏度，但无需过度加工，以免浪费资源或增加不必要的成本。这项研究表明ATR-THz-TDS系统不仅能够有效地应用于固态材料的分析，而且操作简便，避免了复杂的样品准备过程。这对于推动太赫兹技术在实际应用中的发展具有重要意义。
随着技术的进步，太赫兹技术在食品质量监控、药品成分分析乃至环境保护等方面的应用案例更多出现。例如，通过改进现有设备和技术参数，或许能够实现对复杂混合物中微量成分的快速准确识别，从而为食品安全保驾护航。基于太赫兹衰减全反射光谱的固体乳糖测试不仅为我们揭示了α-乳糖的一些基本物理特性，同时也展示了太赫兹技术在非破坏性检测领域的巨大潜力。随着研究的深入和技术的发展，相信这一领域将会迎来更加辉煌的明天。
*内容来源：《基于太赫兹衰减全反射光谱的固体乳糖测试》 华太极光光电技术有限公司 工程师 吴玫晓、刘金鸽
