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太赫兹应用技术研究

作　者: 张兴宁
导　师: 周泽魁
学　校: 浙江大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 太赫兹应用技术产生探测太赫兹时域光谱太赫兹断层成像红外模拟
分类号: TP274.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2005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，这一波段位于电子学与光学的交界处，具有携带信息量丰富、亚皮秒量级脉宽、高时空相干性、低光子能量等特性，在天文、生物、计算机、通信等科学领域有着巨大的应用价值。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，但在近20年中，对THz辐射的产生机理、检测技术和应用技术的研究得到蓬勃发展。本文对主要的太赫兹应用技术进行了详细的研究，并提出了自己的改进方法和模拟设计方案，具体内容包括：通过阅读大量的中英文文献，对THz辐射的各种产生、探测与传送技术进行了详细的理论原理研究和特性总结，并重点对太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)和太赫兹断层成像技术(THz CT)进行了系统深入的研究。对THz-TDS中从THz波形中提取样本参数的方法进行了仿真研究。针对一组已知样本透射信号和参考信号，应用傅里叶变换和透射光谱模型进行数值计算，得到较理想的折射系数和吸收率曲线。并根据仿真结果对实际提取计算中的影响因素进行了讨论。对THz-TDS中反射光谱法的误差进行了具体理论分析，定性定量地给出了由于样本移位给测量结果引入的系统误差。在此基础上提出了一种采用光同步反射的改进方法，并在理论上证明这种方法能够有效减小测量误差。提出了一种提高THz CT二维图像分辨率的处理算法，该算法结合THz CT成像系统的特点，采用维纳滤波去除噪声。对一幅THz CT重建图像的仿真处理表明，这种算法能够明显提高图像分辨率。提出了一套红外模拟系统的设计方案。该系统用于对目前高成本的THz CT系统在工业检测中的应用进行模拟研究。系统采用红外激光发射器和接收器的扇形扫描模型，包括控制与接口、数据采集、和图像重建三个子系统。设计中采用代数重建算法进行图像重建，数值仿真表明该算法能够提供良好的重建图像质量和较快的重建速度，适用于这套红外模拟系统。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-6
第一章绪论  6-10
  1．1 太赫兹技术的产生与意义  6-7
  1．2 太赫兹技术现状与主要应用领域  7-9
  1．3 本文的主要研究工作  9-10
第二章太赫兹辐射的产生与探测  10-28
  2．1 宽频太赫兹辐射的产生  10-15
    2．1．1 光电导产生宽频THz  10-12
    2．1．2 从半导体表面产生宽频THz  12-13
    2．1．3 光整流产生宽频THz  13-14
    2．1．4 利用非线性发射线产生宽频THz  14-15
  2．2 窄频太赫兹辐射的产生  15-22
    2．2．1 基于光混频产生窄频THz  16-17
    2．2．2 利用光参量变换产生窄频THz  17-18
    2．2．3 利用电子装置产生窄频THz  18-20
    2．2．4 利用半导体激光器产生窄频THz  20-22
  2．3 太赫兹辐射的探测  22-25
    2．3．1 探测超短电脉冲  22-23
    2．3．2 外差法探测连续波THz  23-25
  2．4 太赫兹辐射的传送  25-28
    2．4．1 准光学技术  25
    2．4．2 波导技术  25-28
第三章太赫兹时域光谱技术  28-42
  3．1 太赫兹光谱技术的基本知识  28-31
    3．1．1 分子与光谱  28-29
    3．1．2 太赫兹光谱特征  29-30
    3．1．3 太赫兹光谱技术的不同方法  30-31
  3．2 太赫兹时域光谱技术的特点  31-32
  3．3 太赫兹时域光谱技术的各种机制  32-37
    3．3．1 时间域THz透射光谱学(TDTTS)  33-35
    3．3．2 时间域THz反射光谱学(TDTRS)  35
    3．3．3 时间域THz发射光谱学(TDTES)  35-36
    3．3．4 光抽运THz探测光谱学(OPTP)  36-37
  3．4 太赫兹时域光谱技术的两个问题研究  37-42
    3．4．1 从THz波形中提取样本参数的仿真研究  37-39
    3．4．2 反射光谱法中的误差分析与改进方法研究  39-42
第四章太赫兹CT技术与红外模拟系统  42-62
  4．1 太赫兹成像技术简介  42-43
  4．2 太赫兹CT技术的理论基础  43-50
    4．2．1 CT技术概述  43-44
    4．2．2 THz成像的基本波动方程  44-46
    4．2．3 X射线CT的理论模型  46-47
    4．2．4 太赫兹CT的理论模型  47-50
  4．3 太赫兹CT成像研究  50-55
    4．3．1 成像系统设计  50-52
    4．3．2 二维成像  52-53
    4．3．3 图像分辨率  53-55
  4．4 红外模拟系统  55-62
    4．4．1 扫描模型  55-56
    4．4．2 系统构成  56-57
    4．4．3 重建算法  57-62
第五章总结与展望  62-64
  5．1 研究工作总结  62
  5．2 研究工作展望  62-64
参考文献  64-69
致谢  69

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