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水的太赫兹谱测量

李国华  
【摘要】: 水是自然界广泛存在的物质,尽管其分子结构十分简单,但却有着奇特的物理和热力学性质。水分子与氢键相互作用形成了复杂的多体系统,该系统与太赫兹波相互作用会有较强的吸收,因而太赫兹光谱对于研究水的特性有很大的帮助。太赫兹时域光谱技术以其宽带宽、高信噪比、高时间分辨率及良好的相干性等独特的优势在许多研究领域中发挥着越来越重要的作用。本论文利用太赫兹时域光谱技术,实验测量了液态水和冰在不同温度下的吸收系数和折射率,对于理解水的结构和热力学性质,具有重要的基础研究和实际应用价值。 本文对常见的太赫兹产生及探测方法做了简要的总结,对THz时域光谱技术作了详细的描述,设计了实验方案并测量了水在不同温度下的太赫兹光谱。提出了利用冰透射波形的时间延迟间接测量水样品厚度的实验方案,克服了采用透射方法测量水在太赫兹波段光学常数所面临的主要困难。水在太赫兹波段有着广泛的吸收,除了理论预言的在60cm?1附近的吸收峰,没有其他共振吸收峰的存在。实验结果与文献发表的水在太赫兹波段的光学常数一致,验证了太赫兹时域光谱技术的有效性。实验还测量了冰以及冰水混合物在太赫兹波段的光学常数,补充了液态水的测量数据,为进一步的理论和实验研究提供了参考。


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