【摘要】：太赫茲波主要指頻率0.1?10THz、介于微波與紅外輻射之間的電磁波。太赫茲波段處于電磁波譜中一個(gè)非常特殊的位置,具有很多獨(dú)特的性質(zhì),例如低能性、穿透性、“指紋”特性等,使得太赫茲波在安全檢查、環(huán)境監(jiān)測、軍事通信、生物醫(yī)學(xué)、天文觀測等領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用前景。其中,太赫茲波時(shí)域光譜技術(shù)憑借其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢,在很多領(lǐng)域已顯現(xiàn)出重要影響和作用,吸引了國內(nèi)外廣大科研工作者的密切注意。本論文主要針對太赫茲波時(shí)域光譜技術(shù),開展了以下研究工作:(一)概括論述了太赫茲波的基本特性和典型應(yīng)用,重點(diǎn)討論了太赫茲波時(shí)域光譜技術(shù)、太赫茲波時(shí)間分辨光譜技術(shù)以及太赫茲波發(fā)射光譜技術(shù)等主要太赫茲波光譜技術(shù)的原理及其發(fā)展應(yīng)用,闡述了一些國外公司研發(fā)的商用太赫茲波時(shí)域光譜儀及其特點(diǎn),進(jìn)而指出自主研發(fā)集成化太赫茲波時(shí)域光譜系統(tǒng)的必要性和迫切性。(二)設(shè)計(jì)了集成化太赫茲波時(shí)域光譜系統(tǒng)的方案,并根據(jù)設(shè)計(jì)方案自主研發(fā)了一臺可作為集成化太赫茲波時(shí)域光譜系統(tǒng)激發(fā)光源的飛秒光纖激光器,實(shí)驗(yàn)測試了飛秒光纖激光器輸出的激光光譜和遠(yuǎn)場光斑,經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)的光纖激光器輸出端的最短脈寬優(yōu)于60fs,完全可以滿足太赫茲波時(shí)域光譜系統(tǒng)對激發(fā)光源的需求;完成了集成化太赫茲波時(shí)域光譜系統(tǒng)激發(fā)光源和光控時(shí)間延遲模塊的封裝工作;使用圖形化編程語言LABVIEW設(shè)計(jì)了集成化太赫茲波時(shí)域光譜系統(tǒng)的光控時(shí)間延遲控制和數(shù)據(jù)采集軟件。(三)優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)室已有的基于雙色激光誘導(dǎo)空氣等離子體產(chǎn)生太赫茲波的太赫茲波時(shí)域光譜系統(tǒng),系統(tǒng)優(yōu)化后的太赫茲時(shí)域信號峰峰值比優(yōu)化前提高了3倍,頻譜覆蓋范圍從0.1?5THz增大到0.1?9THz;基于光電流模型分析研究了雙色激光波長對等離子體產(chǎn)生太赫茲波特性的影響,研究發(fā)現(xiàn),基頻激光波長在400~1600nm時(shí),產(chǎn)生的太赫茲信號強(qiáng)度隨著雙色激光波長的增大而增強(qiáng);但是,基頻激光波長繼續(xù)增大到1600~5000nm時(shí),產(chǎn)生的太赫茲信號強(qiáng)度隨基頻激光波長增大顯現(xiàn)愈加復(fù)雜的變化,總體呈振蕩式增強(qiáng)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O433;O441.4
【圖文】：

1.1 太赫茲波簡介“太赫茲”這個(gè)名詞已經(jīng)逐漸被人們熟悉，有時(shí)候人們稱它為太赫茲波或者太赫茲輻射，甚至簡稱為“T 射線”。一般的，“太赫茲”指的是頻譜在紅外線和微波之間的電磁波[1]。通常，我們把太赫茲波定義為頻率在 0.1THz到 10THz之間的電磁波，如圖 1.1 所示。頻率為 1THz 的電磁輻射對應(yīng)的波長為 300 m，單光子能量為 4.1meV，特征溫度為 47.6K。由于太赫茲頻段處于微波和光波的過渡區(qū)域，使得無論使用電子學(xué)方法還是光學(xué)方法，都很難產(chǎn)生和探測太赫茲波。直至 20 世紀(jì) 80 年代中期之前，因?yàn)槿狈τ行У漠a(chǎn)生方法和檢測手段，這段電磁波從未被深入研究過，被稱為“太赫茲間隙”（Terahertz Gap）[2]。近 20 年來，超短脈沖激光技術(shù)的飛速發(fā)展為相干產(chǎn)生和相干探測太赫茲波提供了穩(wěn)定的激發(fā)光源，從而使太赫茲頻段的電磁輻射得到了廣泛研究，目前太赫茲波已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像[3,4]、分子光譜學(xué)[5,6]、通訊[7,8]、無損檢測[9]等領(lǐng)域，在未來將具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。

圖 2.1 太赫茲波時(shí)域光譜系統(tǒng)示意圖he schematic diagram of terahertz time domain spectr光譜技術(shù)是太赫茲波技術(shù)應(yīng)用最為成功的范例頻段物理化學(xué)特性的重要工具，引發(fā)了國內(nèi)外大學(xué)溫海燕等提出將連續(xù)小波變換用于太赫茲號在時(shí)間-頻率域上展開，得到二維的時(shí)間-頻譜圖相比，它同時(shí)含有時(shí)頻域分辨率，不僅可以，還能直觀地表現(xiàn)出各頻率成分之間的相對時(shí)大學(xué)李靜等將幾何代數(shù)引入太赫茲波時(shí)域光譜信于幾何代數(shù)的太赫茲波時(shí)域光譜信號物質(zhì)識別華等根據(jù)等效采樣原理，設(shè)計(jì)了基于閉環(huán)控制的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可進(jìn)行快速連續(xù)掃描采集，掃描時(shí)

圖 2.2 太赫茲波時(shí)間分辨光譜系統(tǒng)示意圖 2.2 The schematic diagram of terahertz time resolved spectrum sy時(shí)間分辨光譜技術(shù)已成為太赫茲波光譜技術(shù)的重要應(yīng)用的研究熱點(diǎn)。2004 年，首都師范大學(xué)張亮亮等利用快速了太赫茲波時(shí)間分辨光譜系統(tǒng)的低頻噪聲，提高了系統(tǒng)當(dāng)于延遲 13 皮秒的太赫茲時(shí)域波形，信噪比達(dá)到 200，乙烯在太赫茲低頻波段（小于 3.5THz）的吸收特性，發(fā)的吸收非常小，但可以很大程度地吸收近紅外和可見光，值的光學(xué)材料[39]。2011 年，南開大學(xué)楊程亮等利用太赫探測到飛秒激光脈沖在鈮酸鋰晶體中產(chǎn)生的太赫茲聲子到了這種波動(dòng)在微結(jié)構(gòu)中的動(dòng)態(tài)衍射和干涉動(dòng)態(tài)過程[40]等針對飛秒激光在鈮酸鋰中激發(fā)的太赫茲聲子極化激元套時(shí)間分辨成像技術(shù)，可以對太赫茲信號其強(qiáng)度、位相等

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本文編號：2745445