第 42 卷 第 8 期
2015 年 8 月
Vol. 42, No. 8
August, 2015
中 国 激 光
CHINESE JOURNAL OF LASERS
0815001-
利用太赫兹时域光谱同时确定样品厚度和折射率
寇 宽 赵国忠 刘 英 申彦春
首都师范大学物理系, 北京 100048
摘要 太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术 给 人 们 提 供 了 一 种 快 速 和 准 确 地 确 定 材 料在太赫兹波段光学参数的工具。
由于 材料的厚度 对其折射率 的提取精度 影响很大,而材 料的厚度通 常不能够准 确地测量,为了 避免测量厚 度误差
给确定光学参数结果带来的影响,发展能够同时确定样品的厚度和折射率的方法至关重要。由于材料内部的往返
反射信号较弱,对 Duvillaret 等提出的方法在计算频段和迭代算法上进行了一些改进,使得计算结果更加准确,操作
更加方便、快捷。并对两种典型材料聚乙烯和硅片的厚度和折射率进行了提取,以验证这种方法的有效性。
关键词 光谱学; 太赫兹; 时域光谱; 样品厚度; 折射率
中图分类号 0433.4 文献标识码 A
dio: 10.3788/CJL201542.0815001
Simultaneously Determinations of Sample Thickness and Refractive
Index by Terahertz Time-Domain Spectroscopy
Kou Kuan Zhao Guozhong Liu Ying Shen Yanchun
Department of Physics, Capital Normal University, Beijing 100048, China
Abstract Terahertz time- domain spectroscopy provides us a powerful tool to carry out a fast and accurate
measurement of optical constants of materials in terahertz range. The thickness determination of sample has a large
influence on extracting the refractive index of materials. At the same time, the thickness of sample is generally
difficult to be accurately measured. In order to avoid the influence from the measurement error of sample thickness
on the determined refractive index, it is useful to develop a method which simultaneously determines the thickness
and refractive index of sample. Due to the roundtrip reflected signal is weaker, the method presented by Duvillaret
from the aspects of calculated frequency range and iterative algorithm is improved, making the calculated results
more accurate and the operation more convenient. The thickness and refractive index of polyethylene and silicon
wafer are determined as an example so that to verify the effectiveness of this method.
Key words spectroscopy; terahertz; time-domain spectroscopy; sample thickness; refractive index
OCIS codes 300.6270; 300.6500; 160.4760
收稿日期: 2015-01-13; 收到修改稿日期: 2015-04-04
基 金 项 目: 国 家 自 然 科 学 基 金 (50971094,61171051)、北 京 市 自 然 科 学 基 金 和 北 京 市 教 育 委 员 会 科 技 计 划 重 点 项 目
(KZ201310028032)
作者简介: 寇 宽(1989—),男,硕士研究生,主要从事太赫兹光谱方面的研究。E-mail: koukuanxyz@163.com
导师简介: 赵国忠(1964—),男,博士,教授,主要从事太赫兹光谱与成像、光电功能材料和光电子学等方面的研究。
E-mail: guozhong-zhao@mail.cnu.edu.cn
1 引 言
太赫兹 时域光谱可 以在一 个很宽的频率范围 快速确 定材料的光 学参数 。人们已经 利用太 赫兹时域光
谱对电介质
[1]
,半导体
[2]
,液体
[3]
,超导体
[4]
进行了研究。在提取材料光学参数的方法上,Duvillaret 等
[5]
做了基础
性的工作,在 此基础上人们把 关注的重点转移 到如何使得提取 的光学 参数更加准确。 Duvillaret 等
[6]
证明了
材料的厚度信息对光学参数提取的准确性影响很大,这就需要对同时确定材料的厚度和光学参数的算法作
进一步的研究。
在优化计算 材 料 厚 度 和 光 学 参 数 的 提 取 算 法 方 面 ,几个研究小 组 已 经 做 出 了 一 些 创 造 性 的 工 作
[6-10]
。
Duvillaret 等
[6]
提出利用样品的透射(主)脉 冲和样品内部的第一次反射脉冲(回 波)分 别计算样品的折射率,通
1