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THz脉冲的产生与检测

作　者: 李凡
导　师: 侯洵；王屹山
学　校: 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）
专　业: 物理电子学
关键词: THz脉冲光电导取样电光取样
分类号: TN782
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

太赫兹(THz)辐射是频率范围为300GHz-10THz的电磁辐射，这一波段位于红外光与微波之间，早期由于缺乏有效的产生和探测方法对THz技术的研究非常有限，近十几年来，超快激光技术的迅速发展为THz脉冲的产生提供了稳定、可靠的激发光源，使THz辐射的产生、检测和应用得到了蓬勃发展。本文对太赫兹脉冲的产生和检测技术进行了调研，并提出了自己的设计方案，搭建了试验平台，具体内容包括：第一章介绍了THz辐射特性及其潜在的应用。物质在THz波段的光谱包含着丰富的物理和化学信息，因此THz技术在很多基础研究领域有很重要的应用。随着THz辐射技术的进步，THz辐射的应用将会涉及交叉学科领域，包括通讯、成像、医学诊疗、健康监控、环境控制以及化学和生物标识。第二章介绍了THz辐射脉冲产生和检测的主要方法及原理。对于THz辐射脉冲的产生，介绍了常用的光电导方法和光整流方法。对于THz辐射脉冲的测量，介绍了光电导取样技术和电光取样技术；对THz辐射脉冲产生和测量的理论依据作了简要分析。第三章采用电流起伏模型，分析了有限厚大孔径光电导天线产生太赫兹脉冲的表面场与远场的时域特性，模型在包含有限的载流子寿命与瞬变载流子迁移率等影响因素的基础上，还考虑了激发光脉冲在光电导材料中的时间延迟和吸收衰减，使模型更加趋近于反映真实的物理过程，根据模型我们分析了光通量、光脉宽、有限的载流子寿命和瞬变载流子迁移率、以及光电导材料厚度变化对THz表面场和远场时域波形的影响，并对比分析了考虑光电导材料厚度与不考虑厚度时太赫兹脉冲的远场时域波形，以及THz远场辐射强度受传播距离变化的影响。第四章介绍了自行搭建的THz脉冲的产生与探测系统及初步实验。THz测量技术处于起步阶段，而实验系统的搭建是科研工作的起点，因此必须自己搭建实验系统，我们利用光学整流和电光取样方法对THz的产生和检测进行了实验，给出了整个实验的搭建方法，尤其是电光取样系统的搭建，并对获得的实验结果进行了分析和讨论。第五章是对论文的总结。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-14
  第一节 THz辐射的基本性质  7-9
    1.1.1 THz空隙  7-8
    1.1.2 THz辐射特性  8-9
  第二节 THz辐射的应用  9-13
    1.2.1 THz时域光谱技术  9-10
    1.2.2 THz成像技术  10-11
    1.2.3 应用 THz“雷达”技术进行敏感探测  11
    1.2.4 THz技术存在的问题  11-13
  第三节本论文的工作  13-14
第二章 THz脉冲的生成与检测  14-28
  第一节 THz脉冲的产生  14-20
    2.1.1 偏置与未偏置的光电导辐射 THz脉冲  14-17
    2.1.2 光学整流机制  17-20
  第二节 THz脉冲的检测  20-28
    2.2.1 THz辐射脉冲的测量系统  21-22
    2.2.2 光电导天线取样  22-25
    2.2.3 自由空间电光取样  25-28
第三章有限厚大孔径光电导天线辐射太赫兹时域波形的理论模拟  28-42
  第一节大孔径光电导天线 THz辐射场强度的近、远场表达式  28-30
  第二节有限厚大孔径光电导天线辐射太赫兹场的模型建立  30-32
  第三节分析和讨论  32-42
    3.3.1 THz辐射的时域特性和频域特性  33-34
    3.3.2 光通量对 THz辐射强度的影响  34-35
    3.3.3 载流子寿命对 THz辐射的影响  35-36
    3.3.4 光脉冲宽度对 THz波形的影响  36-37
    3.3.5 载流子弛豫时间对 THz辐射场的影响  37-38
    3.3.6 光电导天线厚度对 THz波形的影响  38-39
    3.3.7 模型改进前后 THz远场波形的对比  39
    3.3.8 THz远场辐射强度随距离的变化情况  39-40
    3.3.9 结论  40-42
第四章自由空间电光取样检测 THz脉冲的实验研究  42-57
  第一节光整流与电光取样中应注意的几个问题  42-46
    4.1.1 光整流与电光取样中的相位匹配  42-44
    4.1.2 电光取样中的群速度失配(GVM)与频率响应函数  44-46
  第二节采样测量原理  46-47
  第三节信号处理系统  47-50
  第四节实验系统  50-54
    4.4.1 实验条件  50
    4.4.2 实验光路  50-51
    4.4.3 装置的具体搭建步骤  51-54
  第五节数据获取和结果讨论  54-57
第五章总结  57-58
参考文献  58-63
发表文章  63-64
致谢  64

THz脉冲的产生与检测

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