本文關(guān)鍵詞：光電導(dǎo)THz輻射源相干合成及應(yīng)用研究

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【摘要】：光電導(dǎo)太赫茲(THz)輻射源作為一種常用的THz電磁波輻射源,具有輻射頻帶寬、性能穩(wěn)定的特點(diǎn),是目前產(chǎn)生THz電磁波的重要方法之一,已經(jīng)在THz時(shí)域光譜系統(tǒng)(THz-TDS)中得到了廣泛應(yīng)用,其中,GaAs光電導(dǎo)天線是使用最普遍的一種光電導(dǎo)THz輻射源。然而,如何提高單個(gè)GaAs光電導(dǎo)天線及其天線陣列的輻射功率,在國(guó)際上一直都是人們努力的目標(biāo)。本論文研究了 GaAs光電導(dǎo)天線陣列輻射THz電磁波的相干合成問(wèn)題,采用時(shí)域有限積分(FIT)方法對(duì)GaAs光電導(dǎo)天線及其天線陣列的輻射特性進(jìn)行了仿真計(jì)算,并利用THz-TDS技術(shù)分析了交聯(lián)聚乙烯(XLPE)高壓絕緣電纜材料的老化特性,具體的研究工作如下:(1)GaAs光電導(dǎo)天線陣列輻射THz波的相干合成。利用THz-TDS系統(tǒng)研究了 GaAs光電導(dǎo)天線陣列的輻射特性,采用對(duì)各個(gè)陣元的電源隔離和增大各陣元間距的方法,有效地消除了相鄰兩天線單元之間反向電場(chǎng)的影響,提高了天線陣列輻射THz電磁波的輻射效率,首次用天線陣列實(shí)現(xiàn)了相干合成。由于GaAs光電導(dǎo)天線輻射的是0-3THz的寬光譜電磁波,當(dāng)天線陣列的各個(gè)陣元被同時(shí)激發(fā)時(shí),各個(gè)陣元所輻射的THz波在相同頻率點(diǎn)的相位差都相同,形成相干疊加;而各個(gè)陣元所輻射的不同頻率點(diǎn)的THz電磁波也會(huì)相互累加。對(duì)于2×2天線陣列,在THz-TDS系統(tǒng)上測(cè)量得到的時(shí)域波形的電場(chǎng)強(qiáng)度峰值是單個(gè)天線的4倍。利用高萊功率探測(cè)器研究了天線陣列的輻射功率,2×2天線陣列的4束THz波相干合成后,經(jīng)離軸拋物面鏡聚焦在高萊功率計(jì)上的光斑直徑只有3mm,而高萊的光敏面直徑為6mm,相干加強(qiáng)和相干減弱的區(qū)域無(wú)法分辨,因此,高萊功率計(jì)測(cè)到的是THz波能量的平均效果,2×2天線陣列的輻射功率是單個(gè)天線的4倍,其功率密度是單個(gè)天線的42倍。(2)數(shù)值計(jì)算與仿真軟件模擬相結(jié)合,研究GaAs光電導(dǎo)天線陣列的輻射特性�，F(xiàn)有的微波計(jì)算軟件,激光不能直接作為激勵(lì)信號(hào),本論文根據(jù)半導(dǎo)體材料的特性,以電流瞬沖模型計(jì)算所得GaAs光電導(dǎo)天線產(chǎn)生的電流作為激勵(lì)信號(hào),利用時(shí)域有限積分方法對(duì)GaAs光電導(dǎo)天線及其天線陣列的輻射特性進(jìn)行仿真計(jì)算,分析了天線陣列輻射THz波相干合成的特性。結(jié)果表明,具有高介電常數(shù)的GaAs襯底材料有助于增強(qiáng)THz波輻射的方向性,提高輻射強(qiáng)度;4個(gè)天線單元構(gòu)成的光電導(dǎo)天線陣列遠(yuǎn)場(chǎng)輻射強(qiáng)度是單個(gè)天線的4倍,為實(shí)現(xiàn)GaAs光電導(dǎo)天線寬光譜多陣元相干合成奠定了理論基礎(chǔ)。(3)研究了 XLPE絕緣電纜材料的老化特性。首次利用THz-TDS技術(shù)研究了 XLPE絕緣電纜材料的老化特性,在熱老化因子的影響下,熱氧化反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的羥基不斷增加,C-H鏈不斷減少,大量的XLPE大分子結(jié)構(gòu)斷裂,交聯(lián)度降低;在THz頻率范圍內(nèi),隨著老化程度的提高,XLPE絕緣材料的介電常數(shù)隨之減小,表明THz-TDS技術(shù)可以作為絕緣材料老化測(cè)試的新方法。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O441.4;TN820.15

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本文編號(hào)：1284970