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THz波的产生与探测

作　者: 薛冰
导　师: 范文慧
学　校: 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）
专　业: 光学
关键词: 太赫兹波 光电导天线 FS-EOS THz-TDS
分类号: O432.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


太赫兹(THz)波主要指频率0.1 THz～10 THz(对应波长30μm～3000μm)、位于微波与红外线之问的电磁辐射波段。THz辐射具有非常独特的性质,在物质成分探测、生物医学、安全检测、高数据率通信等方面有着重要的应用前景。鉴于THz所处的特殊波段,有许多方法可以用来产生THz波。例如,对于窄带THz辐射,可以利用光混频和光参量等方法实现。而对于宽带THz辐射源,使用较多的是借助于超快飞秒激光技术的光整流法和光电导天线法。光整流法主要利用亚皮秒量级激光脉冲和非线性介质相互作用产生低频电极化场辐射THz脉冲;光电导天线法是利用飞秒激光脉冲照射半导体材料表面,在其表面激发光生载流子,利用载流子在外加电场作用下的加速运动效应而获得THz辐射。由于使用一般方法是无法直接检测到高频的THz辐射,因此在THz探测方面,通常采用的方法主要有基于光电导辐射THz机理逆过程的光电导采样测量(PCS)和自由空间电光取样测量(FS-EOS)。本论文的主要研究工作包括:通过半导体工艺,采用在低温砷化镓半导体衬底上附着偶极天线,制成光电导天线器件;当飞秒激光脉冲激发光电导天线时,在偶极天线两极间施加一定强度的偏置电压,在低温砷化镓后方获得有效的THz辐射;采用碲化锌电光晶体,利用基于等效时间采样的自由空间电光取样技术,依靠飞秒激光器产生的超短光脉冲,测得了皮秒量级的THz时域波形。在此基础上,建立起太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统,并分析了不同的太赫兹波产生条件对THz波时域和频域波形造成的影响。此外,利用THz-TDS对常见的包装材料进行了THz透过性质研究。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-15
  1.1 太赫兹辐射  9
  1.2 THz波的特点  9-10
  1.3 THz波的应用  10-13
    1.3.1 THz时域光谱技术  10-11
    1.3.2 THz成像技术  11-12
    1.3.3 THz波在物理学的应用  12
    1.3.4 THz波在生物学与化学方面的应用  12-13
    1.3.5 THz波在天文学领域的应用  13
  1.4 THz波研究的发展现状  13-14
  1.5 本论文的主要工作  14-15
第二章 THz波的产生与探测  15-39
  2.1 THz波的产生方法  15-21
    2.1.1 宽带THz波  15-19
    2.1.2 窄带THz波  19-21
  2.2 THz波的探测方法  21-27
    2.2.1 采样测量原理  21-22
    2.2.2 光电导天线取样法(PCS)  22-23
    2.2.3 自由空间电光取样法(FS-EOS)  23-27
    2.2.4 热探测技术  27
  2.3 THz波产生探测系统  27-33
    2.3.1 激发光源  27-28
    2.3.2 THz产生装置  28-29
    2.3.3 THz传输装置  29
    2.3.4 THz探测装置  29-30
    2.3.5 数据采集装置  30-31
    2.3.6 THz-TDS系统  31-33
  2.4 实验软件开发  33-39
    2.4.1 需求分析  33
    2.4.2 程序界面  33-34
    2.4.3 编译环境与相关协议  34-35
    2.4.4 程序流程  35-36
    2.4.5 程序中的注意事项  36-37
    2.4.6 适用性优化  37-39
第三章 THz-TDS系统与THz波产生特性研究  39-53
  3.1 THz-TDS系统的建立与优化  39-44
    3.1.1 系统的搭建  39-41
    3.1.2 步长选择  41
    3.1.3 系统优化  41-43
    3.1.4 时间常数选择  43
    3.1.5 THz脉冲时域波形  43-44
  3.2 探测光对THz时域、频域波形的影响  44-46
  3.3 偏置电压对THz时域、频域波形的影响  46-50
    3.3.1 交流方波偏压  46-48
    3.3.2 直流方波偏压  48-50
  3.4 激发光对THz时域、频域波形的影响  50-52
  3.5 小结  52-53
第四章 常用包装材料的THz波透过性研究  53-61
  4.1 纸张  53-54
  4.2 塑料薄膜  54-55
  4.3 布料  55-58
  4.4 小结  58-61
第五章 总结  61-62
参考文献  62-66
发表文章  66
参与项目  66-67
致谢  67

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 光学 > 光辐射、光度学、色度学 > 光辐射
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