太赫兹脉冲光的传播和成像特性研究

论文摘要

近年来，由于飞秒脉冲激光器的快速发展以及物体在太赫兹(Terahertz，THz)波段呈现出丰富的物理和化学信息，THz辐射引起了人们极大的关注。但是THz脉冲时间波形的不确定性曾经极大地困扰了THz研究工作者。在THz光谱和THz成像的应用中，其波形的不确定性也会对结果的准确性造成影响。因此弄清THz脉冲波形变化的规律对于THz基础和应用研究都具有重要的意义。由于大多数的THz系统都是基于THz脉冲的自由空间传播，所以描述THz脉冲在光学系统中的行为特性具有重要的理论意义和应用价值。本论文研究了THz脉冲在传播、衍射过程中其时间波形和频谱的变化情况，以及THz脉冲光的成像特性。主要结果如下：1、根据角谱理论模拟计算了THz脉冲光在自由空间的传播，得到了一些THz脉冲光的传播特性：(1)在接收面的同一位置处，随着传播距离的增加，THz脉冲的频谱出现了蓝移。这是由于THz脉冲的频谱比较宽，而低频分量的衍射要比高频分量的衍射强，所以低频分量损失较多，致使整个频谱向高频移动；(2)THz脉冲光传播一定距离，在同一接收面上到中心点距离不同的位置处，随着离心距离的增加，THz脉冲光的频谱出现了红移，这是由于低频分量的衍射要比高频分量的衍射强，低频分量集中在离轴较远的区域，高频分量集中在离轴较近的区域。(3)由于传播和衍射，THz脉冲光的频谱成份发生变化，从而导致了脉冲波形的变化。2、模拟计算了当THz脉冲光传播一定距离时，在接收面上的动态衍射图像，衍射图像开始时为一高斯型圆斑，光强达最大值以后，衍射图像变为随时间向外扩张的圆环，直到整个衍射图像强度变为零，这个现象与传统的平面波衍射有着极大的不同。本文还模拟计算了当THz脉冲光通过THz透镜在成像面上的动态衍射特性，得到了与没有透镜的情况相似的结果。3、模拟了THz脉沖光的成像，由于衍射和传播的影响，动态衍射图像变模糊，不能完全显示THz脉冲光所载信息。通过对接收平面上的衍射动态光场进行传播的逆运算可以得到在入射面上的原始的图像。重建结果也表明了我们所用方法的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 引言
• 1.1 论文研究背景
• 1.1.1 THz辐射的传输
• 1.1.2 THz脉冲的传播特性
• 1.1.3 THz成像
• 1.2 论文的研究目的及意义
• 1.3 国内外有关动态及自己的见解
• 1.4 本论文的主要工作
• 第二章 THz脉冲光传播的理论描述
• 2.1 THz脉冲光在两个平面间的传播
• 2.2 THz脉冲光通过透镜后在接收面上的时空分布
• 第三章 THz脉冲在自由空间的传播特性
• 3.1 THz脉冲光传播不同距离时的波形
• 3.2 THz脉冲在同一接收面上不同位置处的波形
• 3.3 THz脉冲在接收面上的动态衍射图像
• 3.3.1 THz脉冲通过圆孔传播25cm时在接收面上的动态衍射图像
• 3.3.2 THz脉冲通过圆孔传播50cm时在接收面上的动态衍射图像
• 3.3.3 THz脉冲通过圆孔传播100cm时在接收面上的动态衍射图像
• 3.4 THz脉冲光通过透镜的传播特性
• 第四章 THz成像的模拟计算及恢复
• 4.1 THz实时成像的模拟
• 4.2 THz成像的恢复
• 4.3 对实时成像系统所得图像的恢复计算
• 第五章 总结
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表论文
• 致谢