太赫茲波（THz）作為在電磁波譜中被人們發(fā)現(xiàn)的新的電磁波,具有廣闊的應(yīng)用范圍,其在電磁波譜中特殊的位置決定了它既具有光子學(xué)特性,又具有電子學(xué)特性,是連接長(zhǎng)波長(zhǎng)光學(xué)和電子學(xué)的橋梁。太赫茲光子能量較弱,非常適合用于無(wú)損檢測(cè),在醫(yī)學(xué)、國(guó)防、航天、公共安全等方面具有重要的應(yīng)用前景。在物理學(xué)中,應(yīng)用太赫茲非接觸式的探測(cè)特性,在科研中太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)、泵浦探測(cè)技術(shù)等得到了較深入的應(yīng)用和發(fā)展,幫助研究人員獲得光電子材料的重要內(nèi)在物理參數(shù)。例如通過(guò)太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)可以直接得到材料光電導(dǎo)的實(shí)部和虛部,無(wú)需通過(guò)Kramers-Kronig變換。此外,紅外光譜技術(shù)也是材料分析的一種重要手段。因此,本論文主要研究了半導(dǎo)體材料（如二硫化鉬、銻化鎵、石墨烯等）的太赫茲和紅外光學(xué)特性,主要包括以下幾部分內(nèi)容:（1）首先介紹了目前常用的自由空間類和光纖類太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng),描述了它們的組成部分、產(chǎn)生單元和探測(cè)單元,并分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。目前,太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)已經(jīng)取得了較為廣泛的應(yīng)用,我們?cè)谠摴鈱W(xué)平臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了附加磁場(chǎng)和低溫裝置的集成,使該強(qiáng)場(chǎng)低溫太赫茲時(shí)域光譜儀具有了更多的光學(xué)測(cè)量功能。此外,介紹了基于La... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２光電導(dǎo)天線結(jié)構(gòu)示意圖

?第一章緒論???八�。龋�??」＼廣?????ｆｓ?ｌａｓｅｒ??圖１．２光電導(dǎo)天線結(jié)構(gòu)示意圖。??其頻率不會(huì)發(fā)生相加或相減。但是在一些非線性介質(zhì)中，兩束光在晶體中會(huì)產(chǎn)??生和頻或差頻效應(yīng)，從而產(chǎn)生新的頻率的電磁波。超短激光脈沖具有很大的光??譜帶寬，如果其脈沖寬度在亞皮秒量級(jí)，其不同頻率分量電磁波差頻產(chǎn)生電極??化場(chǎng)從而產(chǎn)生頻率位于太赫茲區(qū)域的電磁波，由晶體表面發(fā)射出去。其原理是??飛秒激光照射晶體后，在晶體內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)極化電場(chǎng)，該電場(chǎng)隨時(shí)間變化，產(chǎn)??生極化電流。極化電流強(qiáng)度正比于極化電場(chǎng)對(duì)時(shí)間的變化率，即??ｄＰ??Ｊ⑴ａ瓦?（Ｉ．”??在極化電流的存在下，晶體輻射出太赫茲波，太赫茲電場(chǎng)強(qiáng)度可以表示為??ｒ?ｄＪ?ｄ２Ｐ?＂，??ＥｔＨｚＨ?（１．２）??相位匹配需要參與非線性光學(xué)過(guò)程的所有光的波矢與頻率要守恒。因?yàn)樵??非線性晶體中，只有當(dāng)各個(gè)頻率的光有比較長(zhǎng)的作用距離，才有較高的非線性??效率。超短脈沖的能量決定了產(chǎn)生的太赫茲波的能量，晶體材料的非線性系數(shù)??和相位匹配條件決定太赫茲的轉(zhuǎn)化效率。??太赫茲的產(chǎn)生和非線性光學(xué)晶體的二階磁化率有關(guān)，一般常用的非線??性光學(xué)晶體有碲化鋅（ＺｎＴｅ），鈮酸鋰（ＬｉＮｂ０３），磷化銦（ＩｎＰ），鉭酸鋰??（ＬｉＴａ０３），碲化鎘（ＣｄＴｅ），砷化鎵（ＧａＡｓ），有機(jī)晶體ＤＡＳＴ等。由于光整??流效應(yīng)需要將入射電磁波耦合到太赫茲波段，相比于光電導(dǎo)天線，較低的耦合??效率導(dǎo)致輻射出的太赫茲強(qiáng)度較弱，但其優(yōu)點(diǎn)是輻射出的太赫茲頻帶很寬，甚??至可以達(dá)到幾十太赫茲，光整流效應(yīng)原理如圖１．３所示。??ｆｅｍｔｏ咖Ｉ晰?ｐ如?ｎ＿ｎｅａｒｃｆｙｓｔ

?第一章緒論???輻射的電磁波波長(zhǎng)范圍可以從微波到Ｘ射線，包括太赫茲輻射。Ｈａｎｓ?Ｍｏｔｚ與??其合作者發(fā)展了自由電子激光設(shè)備等技術(shù)，他們于１９５３年在斯坦福建立了一個(gè)??波蕩器［４，５］，是自由電子激光器設(shè)備中一種特定的搖擺器磁結(jié)構(gòu)。如圖１．４，電??子束流高速通過(guò)周期性排列的磁場(chǎng)，交互變化的磁極能夠改變束流的運(yùn)動(dòng)軌跡。??我們把束流運(yùn)動(dòng)方向定為縱向，磁場(chǎng)穿過(guò)束流的方向?yàn)闄M向，由于電子受到磁??場(chǎng)中洛倫茲力的影響，其速度會(huì)在橫向產(chǎn)生分量，其運(yùn)動(dòng)軌跡為一系列正弦波。??電子束橫向受力運(yùn)動(dòng)輻射出單色光，但仍然不具有相干性，因?yàn)樽杂呻娮与S機(jī)??分布，電磁波在時(shí)間上干涉相長(zhǎng)相消。形成的輻射功率與電子數(shù)線性相關(guān)。波??蕩器兩端的反射鏡構(gòu)成光學(xué)腔，使輻射形成駐波。同步輻射過(guò)程逐漸變強(qiáng)，輻??射波束的橫向電場(chǎng)與正弦運(yùn)動(dòng)的橫向電流相互作用，因此通過(guò)有質(zhì)動(dòng)力，一部??分電子從光場(chǎng)增加能量，一部分電子損失能量給光常通過(guò)改變一個(gè)光波長(zhǎng)周??期的電子數(shù)密度（電流）從而改變輻射光束的能量。電子在縱向聚集成微束，??沿軸線按一個(gè)光學(xué)波長(zhǎng)長(zhǎng)度分離。單獨(dú)的波蕩器導(dǎo)致電子單獨(dú)的輻射，不具有??相干性，成束電子形成的輻射是同相的，提高了相干性。輻射能量增加，造成??電子額外的微輻射，電子繼續(xù)相互同相輻射［６］。這一過(guò)程持續(xù)到電子輻射功率??達(dá)到飽和。因此，調(diào)節(jié)入射電子束流的輻射能量和波蕩器的磁場(chǎng)強(qiáng)度，能夠改??變輻射光的波長(zhǎng)。其發(fā)出的輻射光波長(zhǎng)１７］??Ａｒ?＝?＾（１?＋?Ｉ）?（１．３）??Ｋ是波蕩器強(qiáng)度參數(shù)，??Ａｒｏｃ?券?（１．４）??＞？表示波蕩器波長(zhǎng)，即磁場(chǎng)空間周期。７稱為洛倫茲因子，由波蕩器幾何??配置所決定。??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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