作为一种新型的远红外探测方法，太赫兹(THz)成像技术近年来得到了广泛的关注。由于太赫兹辐射具有非电离辐射能量低、光谱信息宽等独特的性质，这种成像技术在许多基础研究和工业领域显示出强大的应用潜力。然而，由于太赫兹波的波长较长，其成像分辨率一直受到限制。
光学近场技术的引入可以极大地提高分辨率，但需要太赫兹波源或探测器尽可能接近样品。对于生物医学传感和化学检测中的软材料或液体材料，传统的太赫兹近场技术容易损坏样品，使太赫兹源或探测器受到污染。因此，在更广泛的应用领域中使用太赫兹近场显微镜仍然是一个挑战。
基于空气等离子体动态孔径的太赫兹近场显微镜原理图 | XIN-KE WANG, JIA-SHENG YE, WEN-FENG SUN, PENG HAN, LEI HOU, AND YAN ZHANG
在《光：科学与应用》(Light: Science & Applications)杂志上发表的一新论文中，来自北京超材料与器件重点实验室、太赫兹光电子学部教育部重点实验室、首都师范大学物理系的王新柯教授和张岩教授带领的科学家团队，开发出一种新型的太赫兹近场显微镜，可以在设备不接近样品的情况下实现太赫兹亚波长成像。
▲ 网页截图
在这种太赫兹近场技术中，两个重叠的空气等离子体形成一种十字灯丝，以此打开一个动态孔径来调制样品表面太赫兹光束的强度。当十字灯丝离样品表面足够近时，就能实现分辨率达到几十微米的太赫兹成像。这种技术有效地消除了传统太赫兹近场成像中样品选择的局限性，最大限度地减小了对样品的损伤。
为了检验该技术的性能，团队测量了四种材料的太赫兹亚波长图像，包括金属分辨率测试图、半导体芯片、塑料模型和油渍。此外，如果包装对太赫兹和可见光是透明的，该技术原则上也适用于封装样品。因此可以预期，此次报道的方法将极大地拓宽太赫兹近场显微镜的应用，例如生物医学传感和化学检测领域。
▲ 半导体芯片的太赫兹近场成像 | 参考资料 [1]
参考文献
[1] Wang, Xk., Ye, Js., Sun, Wf. et al. Terahertz near-field microscopy based on an air-plasma dynamic aperture. Light Sci Appl 11, 129 (2022). https://doi.org/10.1038/s41377-022-00822-8
[2] https://www.eurekalert.org/news-releases/952657
题图来源：参考资料 [1]
研究团队
通讯作者 张岩：首都师范大学物理系教授，博士生导师，教育部新世纪优秀人才计划入选者，北京市科技新星和百千万人才计划入选者，北京市长城学者，北京市超材料与器件北京市重点实验室主任。1994 年毕业于哈尔滨工业大学，1999 年于中科院物理研究所获博士学位。先后在日本山形大学、香港理工大学，德国斯图加特大学，香港科技大学，美国伦斯特理工大学和德国康斯坦茨大学从事研究工作。承担 973 课题，国家自然科学基金等项目 20 余项，在 Nature Photonics, Nature Communications, Advance Optical Materials 等国际期刊上发表 SCI 论文 200 余篇，SCI 引用 2500 余次，在国际会议上做邀请报告 30 余次。
第一作者 王新柯：首都师范大学物理系副教授。2011 年于哈尔滨工业大学获得光学专业博士学位，博士期间主要从事焦平面太赫兹脉冲成像技术的研发工作。在 2009 年至 2010 年，赴美国伦斯勒理工学院进行为期一年的博士联合培养学习，主要从事连续太赫兹光波的相位成像、物质的光泵浦 / 太赫兹探测等研究工作。于 2011 年到首都师范大学参加工作，并于 2013 年获得副教授职称，曾在 Advanced Optical Materials、Optics Letters、Optics Express、Applied Physics Letters、Scientific Reports 等期刊上发表 SCI 论文 30 余篇;曾获美国专利 1 项、国家发明专利 1 项、实用新型专利 1 项;曾主持国家自然科学基金、国家“863”计划、北京市自然科学基金等项目 4 项。
论文信息
发布期刊 《光：科学与应用》Light: Science & Applications
发布时间 2022 年 5 月 7 日
论文标题 Terahertz near-field microscopy based on an air-plasma dynamic aperture
(DOI：https://doi.org/10.1038/s41377-022-00822-8)
标签： 太赫兹