太赫兹波的屏蔽效应和光电导天线电极的理论分析

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1、第1章太赫兹简介1太赫兹简介1．1太赫兹电磁波概述太赫兹电磁波(Terahenz，THz)通常指的是频率在0．1THz．10THz(波长在3mm．30lain)之间的电磁波，其波段在微波和红外之间，属于远红外和亚毫米波范畴。在20世纪80年代中期以前，由于缺乏有效的产生方法和探测手段，科学家对于该波段电磁辐射性质的了解非常有限，所以在相当长的一段时期，很少有人问津电磁波谱中的这一波段，以至于形成远红外和亚毫米波空白区，也就是太赫兹空白区，如图1．1所示。群蒸铤器拿端黧躞爨挚鬻MicrowavesMmwaveTerah

2、ertzInfraredOpticalFrequency10GHz100GHzoj1THz．：一=_：110THz100THz彰：’。√j一，、，：?，⋯?熏"⋯7：，ZWavelength(mm)———T————-———广二——————_r——————-—r————_——-广一303≯j，0．3≯’蔓0．030．003螽，i：，．_．∥．iiWayeN砌ber(c盯1)—_1r．———1_产——_T———‘_r————下一0．333．3麓：≯彦33％io￡33333334．135xlOs4．135x10-4萋4．1

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5、theelectromagneticwave‘8·91近十几年来，随着超快激光技术的迅速发展，为太赫兹脉冲的产生提供了稳定、可靠的激发光源，使太赫兹辐射的产生和应用得到了蓬勃发展。物质的太赫兹谱非常重要，包含着丰富的物理和化学信息。同时，太赫兹辐射的优点决定了它在很多方面可以成为傅立叶变换红外光谱技术和X射线技术的互补技术，太赫兹辐射在很多基础研究领域、工业应用及军事应用领域有广阔的发展前景。它在生物学、医学、微电子学、农业及安全检查领域也有很大的应用潜力[1-12]。THz技术之所以引起人们广泛的关注，首先是因为物

6、质的THz光谱(包括透射谱和反射谱)包含着非常丰富的物理和化学信息，研究物质在这一波段的光谱对于物质结构的探索具有重要意义；其次是因为THz脉冲光源与传统光源相比具有很多独特的性质：(1)瞬态性：THz脉冲的典型脉宽在皮秒量级，不但可以方便地对各种材料(包括液西安理工大学硕士学位论文体、半导体、超导体、生物样品等)进行时间分辨的研究，而且通过相干取样测量技术，能够有效地抑制背景辐射噪音的干扰。目前，辐射强度测量的信噪比可以大于1010，远远高于傅立叶变换红外光谱技术，而且其稳定性更好。(2)宽带性：THz脉冲源通常只

7、包含若干个周期的电磁振荡，单个脉冲的频带可以覆盖从GI-Iz到几十个TI-Iz的范围，便于在大的范围里分析物质的光谱性质。(3)相干性：THz脉冲的相干性源于其产生机制。它是由相干电流驱动的偶极子振荡产生，或是由相干的激光脉冲通过非线性光学差频效应产生。TI-Iz脉冲的相干测量技术能够直接测量THz辐射电场振幅和相位，可以直接提取样品的折射率、吸收系数等参数。(4)低能性：THz光子的能量只有几个毫电子伏特，与X射线相比，不会因为电离而破坏被检测的物质。，(5)TI--Iz辐射对于很多非极性物质，如电介质材料及塑料、

8、纸箱、布料等包装材料有很强的穿透力，可用来对已经包装好的物品进行质量检查或者用于安全检查。(6)大多数极性分子如水分子、氨分子等对TI-Iz辐射有强烈的吸收，可以通过分析它们的特征谱研究物质成分或者进行产品质量控制。同时，许多极性大分子的振动能级的间距和转动能级的间距正好处于THz频带范围，使THz光谱技术在分析和研究大分子方面有广阔的应用前景1．2TI][z电磁波的应用1．2．1利用频谱的应用研究频谱的应用研究每种分子都有特定的振动能级和转动能级，对太赫兹波产生特定的吸收。研究生物组织和化学物质的特征谱，能够用来鉴

9、别化学成分。现在已经研究过的有甲基氯化物和甲基氟化物的太赫兹吸收谱或透射谱、甲烷与空气混合燃烧时火焰的吸收谱、火焰中的热水蒸汽的吸收谱。虽然目前研究工作进行得不够多，但是己经显示出巨大的应用潜力，将来可以进行疾病诊断、环境监测、产品质量监控等许多方面的应用n2J3“钉。1．2．2利用时域光谱技术对相干太赫兹波与物质相互作用，通过振幅和相位变化的