太赫茲波（THz）作為在電磁波譜中被人們發(fā)現(xiàn)的新的電磁波,具有廣闊的應用范圍,其在電磁波譜中特殊的位置決定了它既具有光子學特性,又具有電子學特性,是連接長波長光學和電子學的橋梁。太赫茲光子能量較弱,非常適合用于無損檢測,在醫(yī)學、國防、航天、公共安全等方面具有重要的應用前景。在物理學中,應用太赫茲非接觸式的探測特性,在科研中太赫茲時域光譜技術、泵浦探測技術等得到了較深入的應用和發(fā)展,幫助研究人員獲得光電子材料的重要內(nèi)在物理參數(shù)。例如通過太赫茲時域光譜技術可以直接得到材料光電導的實部和虛部,無需通過Kramers-Kronig變換。此外,紅外光譜技術也是材料分析的一種重要手段。因此,本論文主要研究了半導體材料（如二硫化鉬、銻化鎵、石墨烯等）的太赫茲和紅外光學特性,主要包括以下幾部分內(nèi)容:（1）首先介紹了目前常用的自由空間類和光纖類太赫茲時域光譜系統(tǒng),描述了它們的組成部分、產(chǎn)生單元和探測單元,并分析了各自的優(yōu)缺點。目前,太赫茲時域光譜系統(tǒng)已經(jīng)取得了較為廣泛的應用,我們在該光學平臺的基礎上進行了附加磁場和低溫裝置的集成,使該強場低溫太赫茲時域光譜儀具有了更多的光學測量功能。此外,介紹了基于La... 

【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２光電導天線結構示意圖

?第一章緒論???八�。龋�；??」＼廣?????ｆｓ?ｌａｓｅｒ??圖１．２光電導天線結構示意圖。??其頻率不會發(fā)生相加或相減。但是在一些非線性介質(zhì)中，兩束光在晶體中會產(chǎn)??生和頻或差頻效應，從而產(chǎn)生新的頻率的電磁波。超短激光脈沖具有很大的光??譜帶寬，如果其脈沖寬度在亞皮秒量級，其不同頻率分量電磁波差頻產(chǎn)生電極??化場從而產(chǎn)生頻率位于太赫茲區(qū)域的電磁波，由晶體表面發(fā)射出去。其原理是??飛秒激光照射晶體后，在晶體內(nèi)部產(chǎn)生一個極化電場，該電場隨時間變化，產(chǎn)??生極化電流。極化電流強度正比于極化電場對時間的變化率，即??ｄＰ??Ｊ⑴ａ瓦?（Ｉ．”??在極化電流的存在下，晶體輻射出太赫茲波，太赫茲電場強度可以表示為??ｒ?ｄＪ?ｄ２Ｐ?＂，??ＥｔＨｚＨ?（１．２）??相位匹配需要參與非線性光學過程的所有光的波矢與頻率要守恒。因為在??非線性晶體中，只有當各個頻率的光有比較長的作用距離，才有較高的非線性??效率。超短脈沖的能量決定了產(chǎn)生的太赫茲波的能量，晶體材料的非線性系數(shù)??和相位匹配條件決定太赫茲的轉(zhuǎn)化效率。??太赫茲的產(chǎn)生和非線性光學晶體的二階磁化率有關，一般常用的非線??性光學晶體有碲化鋅（ＺｎＴｅ），鈮酸鋰（ＬｉＮｂ０３），磷化銦（ＩｎＰ），鉭酸鋰??（ＬｉＴａ０３），碲化鎘（ＣｄＴｅ），砷化鎵（ＧａＡｓ），有機晶體ＤＡＳＴ等。由于光整??流效應需要將入射電磁波耦合到太赫茲波段，相比于光電導天線，較低的耦合??效率導致輻射出的太赫茲強度較弱，但其優(yōu)點是輻射出的太赫茲頻帶很寬，甚??至可以達到幾十太赫茲，光整流效應原理如圖１．３所示。??ｆｅｍｔｏ咖Ｉ晰?ｐ如?ｎ＿ｎｅａｒｃｆｙｓｔ

?第一章緒論???輻射的電磁波波長范圍可以從微波到Ｘ射線，包括太赫茲輻射。Ｈａｎｓ?Ｍｏｔｚ與??其合作者發(fā)展了自由電子激光設備等技術，他們于１９５３年在斯坦福建立了一個??波蕩器［４，５］，是自由電子激光器設備中一種特定的搖擺器磁結構。如圖１．４，電??子束流高速通過周期性排列的磁場，交互變化的磁極能夠改變束流的運動軌跡。??我們把束流運動方向定為縱向，磁場穿過束流的方向為橫向，由于電子受到磁??場中洛倫茲力的影響，其速度會在橫向產(chǎn)生分量，其運動軌跡為一系列正弦波。??電子束橫向受力運動輻射出單色光，但仍然不具有相干性，因為自由電子隨機??分布，電磁波在時間上干涉相長相消。形成的輻射功率與電子數(shù)線性相關。波??蕩器兩端的反射鏡構成光學腔，使輻射形成駐波。同步輻射過程逐漸變強，輻??射波束的橫向電場與正弦運動的橫向電流相互作用，因此通過有質(zhì)動力，一部??分電子從光場增加能量，一部分電子損失能量給光常通過改變一個光波長周??期的電子數(shù)密度（電流）從而改變輻射光束的能量。電子在縱向聚集成微束，??沿軸線按一個光學波長長度分離。單獨的波蕩器導致電子單獨的輻射，不具有??相干性，成束電子形成的輻射是同相的，提高了相干性。輻射能量增加，造成??電子額外的微輻射，電子繼續(xù)相互同相輻射［６］。這一過程持續(xù)到電子輻射功率??達到飽和。因此，調(diào)節(jié)入射電子束流的輻射能量和波蕩器的磁場強度，能夠改??變輻射光的波長。其發(fā)出的輻射光波長１７］??Ａｒ?＝?＾（１?＋?Ｉ）?（１．３）??Ｋ是波蕩器強度參數(shù)，??Ａｒｏｃ?券?（１．４）??＞？表示波蕩器波長，即磁場空間周期。７稱為洛倫茲因子，由波蕩器幾何??配置所決定。??

【參考文獻】：
期刊論文
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