【摘要】：太赫茲波主要指頻率0.1?10THz、介于微波與紅外輻射之間的電磁波。太赫茲波段處于電磁波譜中一個非常特殊的位置,具有很多獨特的性質,例如低能性、穿透性、“指紋”特性等,使得太赫茲波在安全檢查、環(huán)境監(jiān)測、軍事通信、生物醫(yī)學、天文觀測等領域具有非常重要的應用前景。其中,太赫茲波時域光譜技術憑借其獨特的技術優(yōu)勢,在很多領域已顯現(xiàn)出重要影響和作用,吸引了國內(nèi)外廣大科研工作者的密切注意。本論文主要針對太赫茲波時域光譜技術,開展了以下研究工作:(一)概括論述了太赫茲波的基本特性和典型應用,重點討論了太赫茲波時域光譜技術、太赫茲波時間分辨光譜技術以及太赫茲波發(fā)射光譜技術等主要太赫茲波光譜技術的原理及其發(fā)展應用,闡述了一些國外公司研發(fā)的商用太赫茲波時域光譜儀及其特點,進而指出自主研發(fā)集成化太赫茲波時域光譜系統(tǒng)的必要性和迫切性。(二)設計了集成化太赫茲波時域光譜系統(tǒng)的方案,并根據(jù)設計方案自主研發(fā)了一臺可作為集成化太赫茲波時域光譜系統(tǒng)激發(fā)光源的飛秒光纖激光器,實驗測試了飛秒光纖激光器輸出的激光光譜和遠場光斑,經(jīng)過優(yōu)化設計的光纖激光器輸出端的最短脈寬優(yōu)于60fs,完全可以滿足太赫茲波時域光譜系統(tǒng)對激發(fā)光源的需求;完成了集成化太赫茲波時域光譜系統(tǒng)激發(fā)光源和光控時間延遲模塊的封裝工作;使用圖形化編程語言LABVIEW設計了集成化太赫茲波時域光譜系統(tǒng)的光控時間延遲控制和數(shù)據(jù)采集軟件。(三)優(yōu)化了實驗室已有的基于雙色激光誘導空氣等離子體產(chǎn)生太赫茲波的太赫茲波時域光譜系統(tǒng),系統(tǒng)優(yōu)化后的太赫茲時域信號峰峰值比優(yōu)化前提高了3倍,頻譜覆蓋范圍從0.1?5THz增大到0.1?9THz;基于光電流模型分析研究了雙色激光波長對等離子體產(chǎn)生太赫茲波特性的影響,研究發(fā)現(xiàn),基頻激光波長在400~1600nm時,產(chǎn)生的太赫茲信號強度隨著雙色激光波長的增大而增強;但是,基頻激光波長繼續(xù)增大到1600~5000nm時,產(chǎn)生的太赫茲信號強度隨基頻激光波長增大顯現(xiàn)愈加復雜的變化,總體呈振蕩式增強。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院西安光學精密機械研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O433;O441.4
【圖文】：

1.1 太赫茲波簡介“太赫茲”這個名詞已經(jīng)逐漸被人們熟悉，有時候人們稱它為太赫茲波或者太赫茲輻射，甚至簡稱為“T 射線”。一般的，“太赫茲”指的是頻譜在紅外線和微波之間的電磁波[1]。通常，我們把太赫茲波定義為頻率在 0.1THz到 10THz之間的電磁波，如圖 1.1 所示。頻率為 1THz 的電磁輻射對應的波長為 300 m，單光子能量為 4.1meV，特征溫度為 47.6K。由于太赫茲頻段處于微波和光波的過渡區(qū)域，使得無論使用電子學方法還是光學方法，都很難產(chǎn)生和探測太赫茲波。直至 20 世紀 80 年代中期之前，因為缺乏有效的產(chǎn)生方法和檢測手段，這段電磁波從未被深入研究過，被稱為“太赫茲間隙”（Terahertz Gap）[2]。近 20 年來，超短脈沖激光技術的飛速發(fā)展為相干產(chǎn)生和相干探測太赫茲波提供了穩(wěn)定的激發(fā)光源，從而使太赫茲頻段的電磁輻射得到了廣泛研究，目前太赫茲波已廣泛應用于醫(yī)學成像[3,4]、分子光譜學[5,6]、通訊[7,8]、無損檢測[9]等領域，在未來將具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛻们熬啊?

圖 2.1 太赫茲波時域光譜系統(tǒng)示意圖he schematic diagram of terahertz time domain spectr光譜技術是太赫茲波技術應用最為成功的范例頻段物理化學特性的重要工具，引發(fā)了國內(nèi)外大學溫海燕等提出將連續(xù)小波變換用于太赫茲號在時間-頻率域上展開，得到二維的時間-頻譜圖相比，它同時含有時頻域分辨率，不僅可以，還能直觀地表現(xiàn)出各頻率成分之間的相對時大學李靜等將幾何代數(shù)引入太赫茲波時域光譜信于幾何代數(shù)的太赫茲波時域光譜信號物質識別華等根據(jù)等效采樣原理，設計了基于閉環(huán)控制的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可進行快速連續(xù)掃描采集，掃描時

圖 2.2 太赫茲波時間分辨光譜系統(tǒng)示意圖 2.2 The schematic diagram of terahertz time resolved spectrum sy時間分辨光譜技術已成為太赫茲波光譜技術的重要應用的研究熱點。2004 年，首都師范大學張亮亮等利用快速了太赫茲波時間分辨光譜系統(tǒng)的低頻噪聲，提高了系統(tǒng)當于延遲 13 皮秒的太赫茲時域波形，信噪比達到 200，乙烯在太赫茲低頻波段（小于 3.5THz）的吸收特性，發(fā)的吸收非常小，但可以很大程度地吸收近紅外和可見光，值的光學材料[39]。2011 年，南開大學楊程亮等利用太赫探測到飛秒激光脈沖在鈮酸鋰晶體中產(chǎn)生的太赫茲聲子到了這種波動在微結構中的動態(tài)衍射和干涉動態(tài)過程[40]等針對飛秒激光在鈮酸鋰中激發(fā)的太赫茲聲子極化激元套時間分辨成像技術，可以對太赫茲信號其強度、位相等

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本文編號：2745445