太赫兹波在大气中衰减特性的研究

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1、太赫兹波在大气中衰减特性的研究StudyontheattenuationcharacteristicsofTHzwaveinatmosphere学科专业：物理电子学研究生：许文忠指导教师：姚建铨教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一四年十一月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论

2、文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月摘要太赫兹波在电磁波谱中位置特殊，处于电学领域和光学领域的交叉地带，独特的位置使得太赫兹波具有许多独特的优势，比如：低光子能量，瞬态性，宽带性以及透射性等优点。太赫兹波的特性

3、决定了其在生物医学，成像，安全监测以及空间通信和遥感领域广阔的应用前景。想要使太赫兹波在空间通信、大气遥感以及雷达探测等领域发挥理想的效果就需要研究太赫兹波在大气环境中的衰减特性，并试图找到合适的透过率窗口。本文主要内容归纳如下：1.本文从辐射传输方程的角度分析了太赫兹波在大气中的增强和衰减作用。太赫兹波在大气中传输时会与大气中存在的气体分子和气溶胶颗粒等发生相互作用了而造成太赫兹波能量的增强或衰减，增强主要来自于热辐射，衰减则主要来自于吸收和散射。2.本文中分别计算了几种不同的吸收谱线对太赫兹波的影响，并讨论了太赫兹波在晴朗和云雾大气中的传输特性。计算

4、中用到的氧气、水蒸气的谱线参数从HITRAN数据库中提取得到。3.本文中通过米氏散射理论研究了太赫兹波单次散射散射效率因子，散射截面以及散射光强度分布，并计算了太赫兹波在具有一定尺寸分布的沙尘环境中传输时的衰减特性。另外，本文还借助蒙特卡罗方法编写程序，模拟计算了太赫兹波在我国两种典型沙漠中的衰减特性。采取的两种分析方法分别对应于低浓度沙尘环境中的单次散射和高浓度沙尘环境中的多次散射。4.介绍了利用傅里叶变换远红外光谱仪进行的太赫兹波大气衰减特性实验，分析了实验的不足并提出改进方案。关键词：太赫兹波，大气衰减，吸收衰减，散射衰减，多次散射ABSTRACT

5、THzwavelocatedataspecialregionintheelectromagneticspectrum,THzwavelocatedbetweenelectricalfieldandopticfield,whichmaketheTHzwavehasmanyuniqueadvantages,suchas,lowphotonenergy,transient,broadbandandtransmission.Thesecharacteristicsdeterminethatinbiomedical,imaging,safetymonitoring

6、andspacecommunicationandsensingfieldTHzwavehasabroadapplicationprospect.IfwewanttoapplyTHzwaveinthefieldofspacecommunication,atmosphericremotesensingandradardetection,thestudyofattenuationcharacteristicofTHzwaveinatmosphericenvironmentwillplayanimportantrole.Themaincontentofthisa

7、rticleisasfollows:1.Inthisarticle,WeanalyzedtheenhancementandattenuationofTHzradiationtransmittedinatmospherewithradiationtransferequation.WhenTHzwavetransmitintheatmosphere,thegasmoleculesandaerosolparticlesinteractintheatmospherewillcausetheenhancementorattenuation,enhancementc

8、ausedbythermalradiationandtheattenuation