Terahertz frequency characterization of anisotropic structure of tourmaline

Abstract

The absorption coefficient and refractive index of tourmalinein different directions were characterized for the first time usingterahertz time-domain spectroscopy. Results show that the absorptionand refractive index of terahertz frequency are related to the structureof tourmaline. Absorption along the optical axis direction is moresensitive than that along the vertical direction. This result indicatesthat the identification and characterization of crystals as well asminerals can be realized by the terahertz method.

Keywords

tourmaline / optical properties / terahertz spectroscopy

References

[1] Grischkowsky D, Keiding  S, Van Exter M,  Fattinger C. Far-infrared time-domain spectroscopy with terahertzbeams of dielectrics and semiconductors. JOSA B, 1990, 7(10): 2006–2015

[2] Smith P R, Auston  D H, Nuss  M C. Subpicosecond photoconducting dipole antennas. IEEE Journal of Quantum Electronics, 1988, 24(2): 255–260

[3] Wilke I, Ramanathan  V, LaChance J,  Tamalonis A,  Aldersley M,  Joshi P C,  Ferris J. Characterization of the terahertz frequency optical constantsof montmorillonite. Applied Clay Science, 2014, 87(61–65)

[4] Kim Y, Yi  M, Kim B G,  Ahn J. Investigation of THz birefringence measurement and calculation inAl₂O₃ and LiNbO₃. Applied Optics, 2011, 50(18): 2906–2910

[5] Zhao H, Zhao  K, Tian L,  Zhao S Q,  Zhou Q L,  Shi Y L,  Zhao D M,  Zhang C L. Spectrum features of commercial dervfuel oils in the terahertz region. Science China, Physics, Mechanics & Astronomy, 2012, 55(2): 195–198

[6] Wang W, Yue  W, Yan H,  Zhang C,  Zhao G. Thz time-domain spectroscopyof amino acids. Chinese Science Bulletin, 2005, 50(15): 1561–1565 doi:10.1360/982005-7

[7] Woodward R M, Cole  B E, Wallace  V P, Pye  R J, Arnone  D D, Linfield  E H, Pepper  M. Terahertz pulse imaging in reflection geometry of human skin cancer and skintissue. Physics in Medicine and Biology, 2002, 47(21): 3853–3863

[8] Shen Y C. Terahertz pulsed spectroscopy and imaging for pharmaceuticalapplications: a review. International Journalof Pharmaceutics, 2011, 417(1–2): 48–60

[9] Shen Y, Lo  T, Taday P,  Cole B E,  Tribe W R,  Kemp M C. Detection and identification of explosives using terahertzpulsed spectroscopic imaging. Applied Physics Letters, 2005, 86(24): 241116

[10] Kawase K, Ogawa  Y, Watanabe Y,  Inoue H. Non-destructive terahertz imaging of illicit drugs using spectralfingerprints. Optics Express, 2003, 11(20): 2549–2554

[11] Bosi F, Andreozzi  G B, Agrosì  G, Scandale E. Fluor-tsilaisite, NaMn₃Al₆ (Si₆O₁₈)(BO₃)₃(OH)₃F, a new tourmaline from San Piero in Campo (Elba, Italy)and new data on tsilaisitic tourmaline from the holotype specimenlocality. Mineralogical Magazine, 2015, 79(1): 89–101

[12] Lin S Y, Cai  K Q, Cai  X H, Ge  W S. The new progress of mineralogical research on tourmaline group. China Non-metallic Mining Industry Herald, 2005, (1): 20–23

[13] Xu W H, Lv  Y P, Zhao  G F, Xu  Z J, Wang  A J, Xiao  G Y. Tourmaline structure, properties and applications.  Materials Review, 2008, 3(2): 22–26

[14] Dorney T D, Baraniuk  R G, Mittleman  D M. Material parameter estimation with terahertz time-domain spectroscopy. JOSA A, 2001, 18(7): 1562–1571

[15] Duvillaret L, Garet  F, Coutaz J L. Highly precise determination of opticalconstants and sample thickness in terahertz time-domain spectroscopy. Applied Optics, 1999, 38(2): 409–415

[16] Bao R M, Zhao  K, Zhao H. Terahertz spectroscopic properties ofrocks. Modern Scientific Instruments, 2013, (1): 115–117

Acknowledgements

This work was supported by the NationalNatural Science Foundation of China (Grant No. 51472224).

RIGHTS & PERMISSIONS

2017 Higher Education Press and Springer-Verlag GmbH Germany