基于光导天线的太赫兹近场研究

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1、基于光导天线的太赫兹近场研究TerahertzNear-fieldStudyBasedonthePhotoconductive-antenna领域：光学工程作者姓名：许悦红指导教师：韩家广教授企业导师：季海兵高级工程师天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一五年十二月摘要如今，太赫兹技术已经成为涉及公共安全、军事国防和国民经济等国家核心利益的前沿研究领域。以往太赫兹测量技术中通常以远场测量为主，如常用的太赫兹时域光谱仪，但是在传统远场成像系统中存在着衍射极限，空间分辨率受到限制。在太赫兹波段，为了突破衍射极限，达到亚波长

2、的空间分辨率，一系列的太赫兹近场探测方法应运而生，特别是基于光导天线的探针探测方法，为可扫描的太赫兹近场测量提供了可能。本文详细介绍基于光导天线的太赫兹近场研究中的进展，主要包括以下四个方面：1.通过简要介绍太赫兹相关的基本概念及其重要的性能和应用，分析总结近年来发展的太赫兹近场的探测方法。2.运用中心波长为800nm的飞秒激光器，采用光纤耦合的光导探针，搭建近场可扫描的太赫兹光谱仪（NSTM）。通过性能检测得出该系统的带宽为0.2-1.5THz，太赫兹光斑均匀，能同时获得振幅和相位信息，并满足各种实验需求，方便灵活，

3、具有三维扫描的功能。3.将NSTM系统用于太赫兹SPs传播情况的检测。通过理论分析和实验验证表明利用对偏振态敏感的具有矩形孔阵列的金属结构可制作出很多功能性的太赫兹表面波器件。4.将NSTM系统用于三维空间太赫兹场的扫描和太赫兹光谱的检测。通过理论设计和实验验证表明基于C型谐振环设计的太赫兹透镜阵列的单个透镜展现出很好的聚焦效果，可用于对太赫兹波前畸变的检测。并且可用其探究自然和人工材料的光学性质。通过本文论述，NSTM系统将有可能广泛应用于人工微结构、石墨烯、表面等离子激元、波导传输、近场成像、生物样品检测、芯片检测

4、等研究领域。关键词：太赫兹近场光导天线时域光谱系统表面等离子激元人工微结构ABSTRACTRecently,terahertzradiationhasbeenabranchofcutting-edgescienceandtechnologyinvolvingmanyfieldssuchaspublicsecurity,militarydefenseandnationaleconomy.Inthepast,far-fieldmeasurementswerewidelycarriedoutbasedonterahertzt

5、ime-domainspectroscopy.Butthespatialresolutionislimitedbyfar-fielddiffractioneffect.Inordertobreakdiffractionlimitsandgainsub-wavelengthspatialresolutioninterahertzfrequencyregion,aseriesofnear-fielddetectionmethodscameintobeing.Thephotoconductive-antennatipdeli

6、versthepossibilityofnear-fieldmeasurementsofterahertzwaves.Inthispaper,recentprogressofnear-fieldscanningterahertzmicroscopysystemwithphotoconductive-antennatipwasintroducedindetail.Theworkismainlyinthefollowingfouraspects:1.Afterintroducingthebasicconceptandimp

7、ortantnatureandapplicationsofterahertz,weanalyzedandsummarizedthenear-fielddetectionmethodsintheseyears.2.Usingthefemtosecondlaserwhosecenterwavelengthis800nmandthephotoconductive-antennatipdetectorcoupledwithfiber,weconstructedfibernear-fieldscanningterahertzsp

8、ectroscopy(NSTM).Thefrequencybandwidthwasfrom0.2THzto1.5THzandtheterahertzspotwascircularanduniformafterperformancetest.Alsotheamplitudeandphaseoftheterahertzfieldwer