光电导天线产生太赫兹电磁波的研究

论文摘要

由于THz波处于电磁波谱的特殊位置,因此在物体成像、环境监测、医疗诊断、射电天文、卫星通讯和军用雷达等方面具有十分广阔的应用前景和重大的研究价值。但目前THz源所产生的THz电磁波的功率都比较小,极大的制约了THz技术的发展。本文主要围绕THz电磁波的特性、产生方法及检测技术,研究了产生THz电磁波的光电导方法、电光取样技术以及提高THz辐射功率的问题。用电光取样的方法对经过Si3N4钝化的半绝缘GaAs光电导偶极天线及其裸片进行了一系列的对比实验,并采用蒙特卡罗的模拟方法对GaAs光电导体内的光生载流子在偏置电场作用下的输运过程进行模拟。实验表明,在相同的触发光能下,较高的偏置电场作用于光电导天线,天线体内的光生载流子由于受到较大的外加电场力作用,将产生较高功率的太赫兹波。在相同的偏置电场下,太赫兹波功率将随光能增加而增加,但由于空间电荷电场屏蔽作用,太赫兹波功率的增长并不按光生载流子数目增长的平方关系增长,大孔径光电导天线能够承载更多的载流子,因而可以产生比小孔径光电导天线功率更高的太赫兹波。如果屏蔽效应被忽略的话,载流子寿命与入激光脉冲对大孔径产生和辐射太赫兹波有非常重要的影响,即载流子的捕获时间越长或入射激光的波长越短,太赫兹波辐射的强度就越大。在建立计算模型的过程中,考虑到载流子寿命以及触发光脉冲的宽度等因素会对THz辐射产生影响。故通过改变参数,根据实验模拟结果归纳出这些因素对THz辐射的影响。这对用光电导偶极天线产生大功率THz辐射的发展具有十分重要的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1.论文概述
• 1.1 太赫兹电磁波的特点
• 1.2 太赫兹电磁波的应用
• 1.3 太赫兹电磁波的产生
• 1.4 太赫兹电磁波的探测
• 1.5 太赫兹研究现状
• 1.6 研究目的和意义
• 1.7 研究思路和内容
• 2.THz辐射产生的方法和实验结果分析
• 2.1 光电导体产生THz电磁波的物理机制
• 2.2 THz波的发射系统
• 2.2.1 光电导体
• 2.2.2 天线
• 2.2.3 激光脉冲
• 2.3 光电导天线产生THz波的饱和现象和屏蔽现象
• 2.4 大孔径SI-GaAs光电导偶极天线辐射THz电磁波实验
• 2.4.1 实验装置
• 2.4.2 实验结果
• 2.5 本章小结
• 3.电光取样技术检测THz电磁波
• 3.1 电光取样技术
• 3.2 电光取样的特点
• 3.3 电光取样检测THz波的实验装置
• 3.4 椭球偏振测量相位调制和电光信号
• 3.5 通过电光检测得到的THz时域光谱
• 3.6 本章小结
• 4.太赫兹辐射的功率的计算和影响因素
• 4.1 理论模型
• 4.2 模拟结果与分析
• 4.2.1 相同的触发光能,不同的偏置电场太赫兹波功率的比较
• 4.2.2 相同的偏置电场,不同的触发光能量太赫兹波功率的比较
• 4.2.3 天线间隙与太赫兹波饱和现象
• 4.3 太赫兹辐射的影响因素
• 4.3.1 载流子的捕获时间对太赫兹辐射的影响
• 4.3.2 入射激光对太赫兹辐射的影响
• 4.4 本章小结
• 5.总结与展望
• 5.1 研究工作总结
• 5.2 研究工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录