第十一章 太赫兹技术ppt课件.ppt

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1、第十一章太赫兹技术主要内容一.认识太赫兹波太赫兹波特性应用领域研究热点二.太赫兹源各种太赫兹源光电导太赫兹天线太赫兹波（亚毫米波，远红外波）是指频率在0.1-10THz之间的电磁辐射。在电磁波谱上位于中红外和微波之间，代表了从量子机制传输理论到经典机制体传输理论的重要转变。一.认识太赫兹波12:00Frequency(Hz)10810910101011101210131014101510161017RadioMicrowaveInfraredUVX-raysT-raysVisiblen=1THzl=300mmhn=33cm-1T=48K4.1meV一.认识太赫兹波--太赫兹波特性物

2、质THz光谱包含丰富的物理和化学信息，研究这一波段的光谱对于物质结构的探索具有重要意义；另外THz脉冲光源与传统光源相比具有许多独特的性质：（1）瞬态性：脉宽在皮秒量级，可以对各种材料进行时间分辨研究；（2）宽带性：THz脉冲源一般只包括若干个周期的电磁振荡，单个脉冲的频带可以覆盖GHz到几十THz的范围；（3）相干性：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；（4）低能性：光子能量只有几个毫电子伏，不会出现X射线电离和破坏被检测物质的现象；（5）强穿透性：对于非极性物质有很强的穿透力；（6）易被极性分子吸收：可以通过分析它们特征谱研究物质成分

3、或进行质量控制；血红蛋白Longdistanceatmospherictransmissionisverychallenging(butpossiblefor~100morso).Atmosphericabsorptionspectrum一.认识太赫兹波--太赫兹波应用领域认识太赫兹波--研究热点THz源/探测器?Thermal•Lamps/BlackBodies?Electrical•GunnDiodes/Mixers•BackwardWaveOscillators?Optical/LaserBased•CO2PumpedGasLaser•OpticalParametricOsc

4、illator•HetrodyneC.WPhoto-mixing•TerahertzPulseMethods?Thermal?GolayCell?Bolometer?Pyroelectricdevice?Electrical•Photo-acoustic•Diode?Optical/LaserBased•TerahertzPulseMethodsSourceDetector二.太赫兹源--各种太赫兹源振荡器、倍增管、非线性混频、脉冲光电导开关、激光、黑体辐射1.回波振荡器BWO属于真空微波器件优点：辐射频率100GHz-1THz，输出功率大于10mW；通过调节阴极电压其辐射频率在很

5、大范围内可调（中心频率30%范围内）；缺点：需要较大的磁场（几十特斯拉）；高电压（5kV）；比较笨重；2.倍增管倍增管是典型的二极管，利用其I-V曲线的非线性，由低频输入产生高频谐波，典型的倍增系数为2-6倍。倍增管效率小于10%，故其输出功率随频率的倍增（由倍增器级联实现）而回落。采用放大器和倍增器串联，可以实现输出功率为几微瓦，频率达到1.7THz的电磁波输出。二.太赫兹源--各种太赫兹源3.非线性光混频非线性光混频可以产生窄带THz辐射。其原理是两个中心频率稍有差别的连续波激光在具有高二阶光学非线性材料内作用，产生和频和差频光，其差频项可能在太赫兹范围，但输出功率仅有几微瓦。

6、二.太赫兹源--各种太赫兹源4.脉冲光电导开关采用高速光导体(GaAs,InP)作为瞬态电流源，相隔一定距离的金属电极作为辐射天线，光子能量大于光导体带隙的超快激光（fs量级）产生电子空穴对，由于偏置电场的作用产生的载流子被加速形成瞬态光电流，根据经典电磁理论，这种瞬变的光电流会辐射THz波。容易实现光电流的迅速涨落，从而得到较大的THz辐射功率；辐射THz能量随偏置电压和激光脉冲能量按比例放大；可以实现平均THz辐射功率约40uW二.太赫兹源--各种太赫兹源5.激光器辐射源激光器是重要的实验室THz辐射源•半导体激光器（波长可调范围50-200μm，1.5-6THz，脉冲能量μJ

7、量级）•量子级联激光器•光泵气体激光器（300GHz-7THz可调，辐射功率范围10-100mW）6.黑体辐射源宽带非相干辐射，由于它的辐射特性仅仅与温度有关，因此可用于校准其他THz辐射源。二.太赫兹源--各种太赫兹源二.太赫兹源--光电导天线在过去的二十年中，超快光学的飞速发展给THz源带来了前所未有的机遇，基于超快激光的THz发射源主要光导天线、光整流，由于光整流效应产生的THz波的能量仅仅来源于入射激光脉冲的能量，而光电导辐射THz波的能量主要靠加载在光电导体