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THz辐射脉冲的产生与检测

作　者: 刘明利
导　师: 孙传东
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: 光电导 电光取样 脉冲激发 大孔径 光电学 脉冲序列 载流子迁移率 窄带宽 探测光 高功率
分类号: O441.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 435次
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内容摘要


太赫兹(THz)辐射是指频率范围为0.1THz-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，随着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。本文对主要的太赫兹辐射脉冲的产生和检测技术进行了研究，并建立了THz产生与检测的实验系统，初步检测到了THz辐射脉冲，具体内容包括：第一章介绍了THz辐射特性。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射线技术的进步，THz射线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。它也会在防御和安全方面引发新的变革。第二章介绍了THz辐射脉冲的主要产生和检测方法及原理。对于THz辐射脉冲的产生，本文介绍了常用的两种方法：光电导方法和光整流方法。对于THz辐射脉冲的测量，本文介绍了测量THz辐射脉冲的两种方法：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分析。第三章构建了脉冲序列激发大孔径光电导天线产生高功率窄带宽THz辐射的理论模型。在考虑有限的载流子寿命、瞬变载流子迁移率的影响因素的基础上，系统地分析了脉冲序列激发大孔径光电导天线产生高功率窄带宽THz辐射的特性。对比了单脉冲和脉冲序列激发SI-GaAs利LT-GaAs光电导天线的饱和特性。分析表明采用脉冲序列激发载流子寿命小于脉冲间隔的光电导天线时，可以克服大孔径光电导天线的饱和特性，产生高峰值功率的窄带THz辐射。第四章详细介绍了我们建立的THz脉冲的生成与检测的实验系统。在系统中我们采用1mm厚的(110)闪锌矿品体ZnTe，基于光学整流方法辐射THz脉冲，并用另一块相同的ZnTe晶体基于线性电光效应，建立自由空间电光取样系统对信号进行探测。成功的探测到了利用ZnTe光学整流所产生的THz时域脉冲信号，对信号进行快速傅立叶变换得到最高频率接近5THz的THz频谱。第五章是对论文的总结。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 引言  9-18
  第一节 THz辐射脉冲的基本性质  9-11
    1.1.1 THz隙和THz辐射  9-10
    1.1.2 THz辐射的基本特性  10-11
  第二节 THz辐射脉冲的应用  11-17
    1.2.1 THz技术作为材料的分析和测试手段  11-13
    1.2.2 THz成像技术  13-15
    1.2.3 应用THz"雷达"技术  15
    1.2.4 THz技术应用目前存在的问题  15-17
  第三节 本论文的工作  17-18
第二章 THz辐射脉冲的产生与检测  18-31
  第一节 THz辐射脉冲的产生  18-23
    2.1.1 光电导天线辐射THz脉冲  18-20
    2.1.2 光学整流机制产生THz脉冲  20-23
  第二节 THz辐射脉冲的检测  23-31
    2.2.1 THz辐射脉冲的测量系统  24-25
    2.2.2 光电导天线探测THz辐射  25-28
    2.2.3 电光取样探测THz辐射  28-31
第三章 大孔径光电导天线产生高功率窄带宽THz辐射  31-44
  第一节 大孔径光电导天线的饱和理论  31-34
  第二节 序列脉冲激发光电导开关  34-35
  第三节 分析和讨论  35-44
    3.3.1 载流子寿命和光能流对单脉冲激发产生THz辐射时域波形的影响  36-38
    3.3.2 光能流对序列脉冲激发产生THz辐射时域波形的影响  38-39
    3.3.3 光能流对单脉冲和8脉冲激发下的THz辐射的强度谱的影响  39-40
    3.3.4 光能流对THz辐射在0.3THz处的强度的影响  40-41
    3.3.5 序列脉冲激发下的不同载流子寿命对0.3THz处强度的影响  41-42
    3.3.6 序列脉冲激发下的不同载流子驰豫时间对0.3THz处强度的影响  42
    3.3.7 载流子瞬变迁移率对THz辐射波形的影响  42-43
    3.3.8 结论  43-44
第四章 自由空间电光取样检测THz脉冲的实验研究  44-63
  第一节 光整流与电光取样中应注意的几个问题  44-52
    4.1.1 光整流与电光取样中的相位匹配  44-47
    4.1.2 电光取样中的群速度失配(GVM)与频率响应函数  47-48
    4.1.3 晶体方向对THz光整流和电光取样的影响  48-52
  第二节 采样测量原理  52-53
  第三节 信号处理系统  53-56
  第四节 实验系统  56-59
    4.4.1 实验条件  56
    4.4.2 实验光路  56-57
    4.4.3 装置的具体搭建步骤  57-59
  第五节 数据获取和结果讨论  59-63
第五章 总结  63-65
参考文献  65-73
攻读学位期间的研究成果  73-74
致谢  74

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 电磁学、电动力学 > 电磁学 > 电磁波与电磁场
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