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1、里德堡原子作为光电阴极的太赫兹成像系统设计刘丹峰2015年1月中图分类号：TN29UDC分类号：620里德堡原子作为光电阴极的太赫兹成像系统设计作者姓名刘丹峰学院名称光电学院指导教师刘小华副教授答辩委员会主席郝群教授申请学位工学硕士学科专业仪器科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月DesignoftheimagingsystemofterahertzradiationusingaRydbergatomphotocathodeCandidateName:DanfengLiuSchoolorDepartment:SchoolofOptoel
2、ectronicsFacultyMentor:AssociateProf.XiaohuaLiuChair,ThesisCommittee:Prof.QunHaoDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:InstrumentScienceandTechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:Jan,2015北京理工大学硕士学位论文摘要THz技术在物体成像、环境监测、医疗诊断、射电天文、宽带移动通讯，尤其是在卫星通讯和军用雷达等方面具有重大的科学研
3、究价值和广阔的应用前景。THz成像与微波、X射线、核磁共振成像相比，不仅能给出物体的密度信息，还能给出物性信息，如介电常数、折射率、吸收系数等。因此，THz成像技术成为THz应用的一个重要方面。里德堡碱金属原子最外层只有一个电子，当电子被激发到较高的量子态时，电子受到原子核的束缚能较小，当电子吸收一个THz光子能量后，便可被电离，实现光电转换。本文阐述的是一种新型的里德堡原子作为光电阴极的THz成像系统，当原子经过电场时，会产生斯塔克效应，产生能级分裂。当处于特定量子态的里德堡原子接收到THz辐射时，由于原子具有较大的光致电离交叉截面，THz光子可以将处于弱
4、束缚态的里德堡原子电离，完成光电转换，通过离子光学系统和后续图像处理系统实现THz成像。首先从理论层面分析，进行里德堡原子特性分析，了解其在电场和THz场中的特性，提高里德堡原子制备和电离的效率和精确度。其次，通过实验验证里德堡原子电离与外场参数的关系，了解原子密度、真空度、电场强度等条件对电离过程的影响。最后基于成像系统原理对作用区、真空室、接收电路、离子光学系统等进行设计和搭建。论文为里德堡原子探测THz辐射提供了一种新的方式，提出的新型THz成像系统与现有成像技术相比，可同时实现脉冲和连续波成像，具有成像速度快，无需机械扫描，具有波长选择性等优势。因此
5、具有重要的理论和应用价值。关键词：里德堡原子，斯塔克效应，电离，光电转换，THz成像I北京理工大学硕士学位论文AbstractTHztechnologyhasgreatscientificvalueandbroadapplicationprospectsinobjectimaging,environmentalmonitoring,medicaldiagnostics,radioastronomy,broadbandmobilecommunications,especiallyinsatellitecommunicationsandmilitaryradar
6、,etc.Ascomparedtomicrowave,X-rayandmagneticresonanceimaging,THzimagingcannotonlygivethedensityinformationoftheobject,butalsogiveinformationofphysicalproperties,suchasdielectricconstant,refractiveindexandabsorptioncoefficient.Thus,THzimagingtechnologyhasbecomeanimportantaspectofTHza
7、pplications.Rydbergatomsintheoutermostlayerofthealkalimetalonlyhaveoneelectron,whentheonlyelectronisexcitedtohigherquantumstates,theelectronbindingenergyofthenucleusbecomesmaller.TheelectroncanbeionizedwhentheelectronabsordTHzphotonenergy,andthephotoelectricconversioncanbeachieved.
8、Inthisthesis,wereportonthe
