太赫茲技術從上世紀八十年代發(fā)展到當下,憑借其各種與眾不同的優(yōu)秀性質,已經成為一大熱點。目前,科研技術人員對太赫茲相關的應用和研究已經滲透到諸多學科領域,包括成像、光譜分析、材料檢測、天文觀測、安保以及通信等技術。此外,隨著自由電子激光技術的不斷發(fā)展,太赫茲自由電子激光光源應運而生。相較于其他太赫茲光源,這種太赫茲光源具有很高的功率、重復頻率以及效率,給太赫茲成像、光譜分析以及材料檢測等技術領域帶來極大的幫助。然而,對于生物、材料以及光譜學科中的兩大類實驗而言,往往在需要光源具有很高脈沖能量的同時還要求脈沖之間有著足夠長的時間間隔以更好地研究一些超快過程。第一大類包含生物以及超導材料的誘導相變實驗,這類實驗要求很高的脈沖能量,而且還得盡可能地避免高重復頻率與高平均功率所帶來的熱效應對實驗造成的不利影響。第二大類涉及長壽命光激發(fā)態(tài)樣品的實驗,如果脈沖之間的時間間隔很短,那么就會出現(xiàn)相應的光激發(fā)態(tài)在自由電子激光脈沖周期的時間尺度上不能恢復平衡的問題,不利于超快過程的研究。因此,亟需為太赫茲自由電子激光尋找一種單脈沖選擇方式,以在必要的時候降低其較高的重復頻率。本文使用自誘導等離子體開關技術,... 

【文章來源】：中國工程物理研究院北京市

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１太赫茲開關ＶＣＳＥＬ原理圖??

個開關憑借外部施加的電場以及光子帶隙的動態(tài)變化而工作。利用平面波擴展法和時??域有限差分法對所提出的太赫茲波開關的特性進行了驗證和分析。數(shù)值仿真結果表明，??這種太赫茲波開關具有很高的消光比［３４］。同年，美國的Ｐａｄｉｌｌａ等人提出了在ＥｒＡｓ／ＧａＡｓ??納米島超晶格襯底上制造的電諧振太赫茲平面超材料的光開關。超晶格中的光激發(fā)電荷??載流子使組成元素的電容區(qū)域分流，從而調節(jié)超材料的共振響應。ＥｒＡｓ／ＧａＡｓ超晶格??襯底中的快速載流子重組導致光開關能夠實現(xiàn)２０ｐｓ的切換恢復時間如圖１．２所示。??Ｉ?■?Ｉ?■?Ｉ?＊?Ｉ?■??１．０?＿?ａ．?４?￣１?￣Ｉ￣■?￣Ｉ￣１?￣Ｉ￣＞？—Ｉ￣１?￣?—??Ｉ：：：?＼ＩＪ－ｎｌＨ?■??Ｉ?〇．４二?／?＼：??｜?０．２?－?／?＾ｍｅ?（Ｐ￥）?－??５?〇■〇?＾???Ｉ?｜?，?｜?，?｜?，???－１０?０?１０?２０?３０??Ｔｉｍｅ?ｄｅｌａｙ?（ｐｓ）??圖１．２歸一化載流子濃度隨時間延遲的變化曲線??法國的Ｔｉｂｅｒｉｏ團隊于２００７年通過實驗證明了雙等離子體鏡技術的可行性，當脈沖??在兩個連續(xù)的等離子鏡上反射時，通常在典型的Ｉ０ＴＷ激光系統(tǒng)上可以實現(xiàn)高于１０４的??對比度和５０％的透射率。該雙等離子體鏡在激光系統(tǒng)的末端使用，可保留初始光束的空??間輪廓，不受散粒波動的影響，適用于大多數(shù)高峰值功率的激光系統(tǒng)［３６］。同年，德國的??Ｎｏｍｕｒａ團隊在等離子鏡上呈現(xiàn)時間分辨的反射率測量結果，討論了空間峰值和平均反??射率的詳細表征，以及對于Ｐ偏振和ｓ偏振的反射脈沖的時空特性。實驗證明ｓ偏振光??產生

Ｂ的消光比但是這種開關對于工作范圍較寬的太赫茲光源來說適??用性較低。??２００９年，德國的Ｖｉｅｗｅｇ團隊展不了第一個用于ＴＨｚ頻率的電子可切換布拉格結??構，他們基于一維光子晶體的多膜反射效應設計出一種可以在６０ＧＨｚ調諧范圍內對太??赫茲波進行調制的太赫茲波開關｜３９］。??韓國的Ｂｅｍｉｅｎ等人于２０１１年利用二氧化釩材料的相變特性，在二氧化釩薄膜上設??計納米天線陣列，如圖】．３所示。以此來實現(xiàn)外加電場控制的太赫茲波開關，在０．５２ＴＴＨＺ??可以得到９０％的開關效率，如圖１．４所示。??（ａ）?（ｂ）????２０．???１０＾?■—Ｔｕｐ?”：呻?＞??＼?－？？Ｔ?ｄｏｗｎ?＊?’?ｖ６ｏｗｎ??Ｓ０８：?、＇＼?＜１５－?ｙ??〇〇「．．…ｉ?…ｉ－．?．?ｉ?ｉ?．?〇?■?Ｉ?Ｉ??＇???１???＇?????＇３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０?１００?１１０?０?１００?２００?３００?４００?５００??Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?｛°Ｃ）?Ｖｏｌｔａｇｅ?（Ｖ）??（ｄ）?????－?／?ｊ?｜??ｖｏ２?ｊ??圖１．３?（ａ）太赫茲通過未處理Ｖ０２薄膜的透射比隨溫度的變化曲線；（ｂ）外加電場控制??Ｖ０２相變；（ｃ）樣品原理圖；（ｄ）納米天線陣列的掃描電鏡圖像??７??


本文編號：3094628