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基于光学方法THz波探测技术的研究

作　者: 刘长明
导　师: 徐德刚
学　校: 天津大学
专　业: 光电子技术
关键词: 参量过程太赫兹探测布儒斯特角吸收系数
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

THz波具有不同于微波、红外光和X射线的特点，其研究和应用涉及物理学、生命科学、信息技术、通信、天文学和国防安全等多个领域。基于受激电磁耦子散射的可调谐THz波参量振荡器（TPO）具有高效率、可调谐、窄线宽、室温运转等特点。基于参量过程的THz波探测具有室温下即可高灵敏度探测，并能够同时获得THz波能量和波形信息的特点。布儒斯特角法是一种操作简单且测量精度较高的测量样品吸收系数的方法。本文主要研究基于光学方法的THz波探测技术和基于布儒斯特角法测量样品在THz波段的吸收系数。本文的主要内容和创新点可以归纳如下：1.主要介绍了THz波的特点与应用，THz辐射源的研究现状，着重介绍了THz辐射源探测技术，对目前几种常用的THz波探测技术进行了详细阐述。2.对光学参量方法THz波探测的原理，模型的建立和理论推导进行了讨论和分析，计算了在0.1~10THz范围内探测的灵敏度，对不同泵浦功率和增益放大长度下的探测灵敏度进行了数值模拟。计算了不同温度下该探测装置的响应灵敏度，当300K<T<500K时，在低频段（υT<1.5THz）响应因子R的值随温度升高而逐渐增大；高频段（1.5THz<υT<5THz）范围内响应因子R的值随温度升高而逐渐减小。3.浅表面垂直输出TPO实验中得到了1~2.8THz频率范围内的THz输出，在1.57THz频率处得到最大THz输出能量为195nJ/pulse；利用浅表面垂直输出TPO出射的THz波做被探测源，对基于参量方法探测THz波进行了实验研究，实验中，探测到了泵浦光与THz波混频产生的闲频光，实现了对THz波的间接探测4.对基于布儒斯特角法测量样品的吸收系数进行了分析，利用该方法，对白色聚乙烯样品的吸收系数进行了测量，通过数据拟合，得到聚乙烯样品的吸收系数为0.57305±0.0258cm-1，并进行了误差分析。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-26
  1.1 THz 辐射  8-16
    1.1.1 THz 辐射的主要特点  8-10
    1.1.2 THz 辐射的主要应用  10-12
    1.1.3 THz 辐射源的研究现状  12-16
  1.2 THz 辐射源探测  16-24
    1.2.1 THz 时域光谱技术  17-18
    1.2.2 连续波 THz 检测技术  18-19
    1.2.3 直接探测技术  19-21
    1.2.4 基于非线性光学方法 THz 辐射源的探测  21-24
  1.3 本文的主要内容  24-26
第二章基于参量方法 THz 波探测的理论研究  26-42
  2.1 光学参量方法 THz 波探测  26-34
    2.1.1 晶格振动模与光波耦合作用机理分析  27-29
    2.1.2 三波互作用动力学方程推导  29-34
  2.2 参量方法 THz 波探测的数值模拟  34-40
    2.2.1 铌酸锂晶体（LiNbO3）  34-35
    2.2.2 基于 LiNbO3晶体参量方法 THz 波探测的数值计算  35-39
    2.2.3 温度对探测灵敏度的影响  39-40
  2.3 本章小结  40-42
第三章基于光学参量方法 THz 波探测的实验研究  42-54
  3.1 非共线相位匹配产生 THz 波  42-45
  3.2 浅表面垂直出射 TPO  45-49
  3.3 参量方法 THz 波探测的实验研究  49-53
  3.4 本章小结  53-54
第四章基于连续 THz 激光器样品吸收系数的测量  54-63
  4.1 FIRL-100 激光器  54-56
  4.2 利用布儒斯特角法对样品吸收系数测量的研究  56-62
    4.2.1 布儒斯特角法测量样品吸收系数  56-59
    4.2.2 布儒斯特角法对聚乙烯吸收系数测量的实验研究  59-61
    4.2.3 误差分析  61-62
  4.3 本章小结  62-63
总结与展望  63-65
参考文献  65-71
发表论文和参加科研情况说明  71-72
致谢  72

基于光学方法THz波探测技术的研究

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