【摘要】：隨著超快光電技術(shù)的發(fā)展,太赫茲(THz)波的研究有了革命性的進展,目前THz波在無線通信、探測和成像等方面都開展了實際的應(yīng)用。但是,THz探測技術(shù)至今仍是制約THz技術(shù)發(fā)展的一個主要阻礙,目前的THz探測器,大多存在價格昂貴,需要工作在較低的溫度下等不足,都不適合在實際應(yīng)用中廣泛使用。本課題組針對這一問題,提出利用輝光放電氣體通過頻率上轉(zhuǎn)換方法探測THz波,研制了頻率上轉(zhuǎn)換探測器,并初步測試了其性能,證明了其是一種價格低廉、室溫操作的高靈敏度THz探測器。本文進一步提出通過研究THz波對氖燈光譜的影響來研究頻率上轉(zhuǎn)換探測器的探測性能和機理,具體研究內(nèi)容及獲得的結(jié)果如下:第一,測試了實驗中所使用氖燈的伏安特性曲線,通過對伏安特性曲線的分析,確定了所使用氖燈工作在正常輝光放電狀態(tài)和異常輝光放電狀態(tài)發(fā)生穩(wěn)定放電的實驗條件。第二,實驗測試了基于氖燈的頻率上轉(zhuǎn)換探測器的性能,利用光譜儀采集不同電壓下有無施加THz輻射場的氖燈的發(fā)光光譜,發(fā)現(xiàn)在THz波的影響下,氖燈的發(fā)光光譜增強。在較低的放電電壓下,探測器具有較高的轉(zhuǎn)換效率。第三,深入研究了利用輝光放電氣體對THz波進行頻率上轉(zhuǎn)換方法探測的機理,利用高激發(fā)態(tài)原子的特點定性解釋了氖燈發(fā)光強度增強的原因,提出高激發(fā)態(tài)原子在等離子體與THz光子相互作用的過程中起到了關(guān)鍵性作用。認為在等離子體放電空間存在少量高激發(fā)態(tài)氖原子,高激發(fā)態(tài)原子由于電子位于較高的能級,該狀態(tài)的電子吸收THz光子后,可以電離,產(chǎn)生的新電子在電場的加速后在陰極暗區(qū)將引發(fā)進一步的電子雪崩效應(yīng),直接導(dǎo)致了更多的電子進入到了負輝區(qū),導(dǎo)致等離子體的發(fā)光明顯增強。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O461.21;O441
【圖文】：

圖 1-1 太赫茲波在電磁波譜中的位置Fig.1-1 The position of the terahertz wave in the electromagnetic spectrum近年來，隨著超快光電子技術(shù)的發(fā)展，THz 波的研究有了革命性的進展[1]，目前 TH波在無線通信、探測和成像等方面都開展了實際的應(yīng)用[2,3]。但是 THz 探測技術(shù)直徑仍然是制約 THz 技術(shù)發(fā)展的重大障礙。上世紀 80 年代人們已經(jīng)開始對 THz 波進行研究，但目前所有的 THz 探測器，要么價格昂貴，要么實驗條件苛刻，都不適合在實驗室中廣泛使用。THz 波由于其頻段所處位置的特殊，所以其具有相干性、寬帶性、穿透性，瞬態(tài)性等特性[4]。這些特性使得 THz 波成為交叉學(xué)科科研中的熱點研究方向之一。目前 THz 成像技術(shù)廣泛應(yīng)用于安檢和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，由于 THz 光子能量低，所以在安檢或醫(yī)學(xué)檢測過程中不會對人體造成傷害[5,6]，在檢測領(lǐng)域，THz 光譜已被證明是研究生物學(xué)重要分子的（如氨基酸、多肽等）的低頻譜的有力技術(shù)[7]。1.1 THz探測技術(shù)對于 THz 波技術(shù)的發(fā)展，一方面要有高功率、穩(wěn)定的 THz 輻射源，另一方面需要靈

THz 波段通過等離子體進行頻率上轉(zhuǎn)換率低于可見光頻率，而且目前對可見光將 THz 波通過頻率上轉(zhuǎn)換技術(shù)轉(zhuǎn)換到可本章首先主要分析氖燈的放電過程及其度分析了電學(xué)方法探測 THz 波的探測機究頻率上轉(zhuǎn)換方法探測 THz 波的機理。路的構(gòu)成元件為氣體放電管和電源，如圖一旦高于擊穿電壓，放電管內(nèi)氣體會發(fā)生子和自由電子由于所帶電荷電性的不同而出現(xiàn)放電電流。由于帶正電的氣體離子遠遠小于自由電子，從而氣體離子會在放極的遷移，因此，即便放電管兩端電壓電流[52]。

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本文編號：2714958