模拟沙尘条件下的太赫兹波透射特性研究

论文摘要

在我国西北、蒙古等地的一些干早地区经常有沙尘暴发生,甚至在首都北京也偶有沙尘暴发生。典型的1THz的太赫兹波其波长在300μm,距离大气粉尘粒子的尺度分布不远。因此,如果考虑设计、制造太赫兹波通讯设备,就不可能不考虑太赫兹波在通过扬沙或者扬尘条件下的信号情况。本论文立足现有的实验条件,对模拟沙尘暴条件下的太赫兹通信、感测成像受沙尘暴的影响进行实验研究,分别在透射式太赫兹时域光谱系统和反射式太赫兹时域光谱系统下测试了十余种不同的沙尘源条件下时域光谱,分析了功率普、折射率和透射率谱线。并用散射光学的Mie理论的研究方法来研究和分析所得到的透射、折射图像。本文获得一些初步成果,为以后继续深入的研究积累了数据和信息。不同来源的沙尘在风力不太大时,对太赫兹波的消光能力相差不大。太赫兹波对之有较好的穿透能力。实验测得,在大约三级的风力情况下:含沙尘约100毫克每立方米的空气对0.1到1.0THz之间的太赫兹波的折射率大约在1.3以下,并随着频率的接近1.0THz而逐步降低。同时测得在此频率范围内太赫兹波的透射系数从0.9左右开始逐步降低。当风力进一步增大时,由于空气中夹杂直径更大的颗粒,并且颗粒分布不均匀,在颗粒穿过或靠近太赫兹光路时,将对信号结果造成较大的影响,使得测量的结果很不稳定。对此时获得的折射率图像采用指数拟合,得到的结果与低风力时得到的结果相似。本论文的章节安排如下:第一章介绍了沙尘暴以及沙尘暴条件下的光学探测困难第二章介绍了光散射相关理论和研究方法第三章介绍了太赫兹辐射基本理论第四章用透射式时域太赫兹光谱系统研究了太赫兹波对沙尘暴的透射特性第五章用反射式时域太赫兹光谱系统研究了太赫兹波对沙尘暴的透射特性

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 沙尘暴以及沙尘暴条件下的光学探测困难
• 1.1 本课题的背景
• 1.2.沙尘暴相关知识简介
• 1.2.1 能见度（visibility）
• 1.2.2 烟雾、薄雾、霾
• 1.2.3 什么是沙尘暴
• 1.3 太赫兹波在无线通信中的地位和发展前景
• 第二章 光散射相关理论和研究方法
• 2.1 光散射
• 2.1.1 光散射的分类
• 2.1.2 光散射的图形
• 2.2 Mie散射理论
• 2.2.1 Mie散射的理论基础及参数
• 2.2.2 Mie散射理论基本公式及强度函数
• 2.2.3 微粒的角散射
• 2.2.4 Mie散射的近似
• 2.2.5 Mie散射的特点:
• 2.2.6 微粒的体角散射
• 2.2.7 微粒的总散射
• 2.2.8 体散射和消光系数
• 第三章 太赫兹辐射基本理论
• 3.1 太赫兹辐射简介
• 3.2 太赫兹波的传输
• 3.3 太赫兹波的产生和探测技术
• 3.3.1 太赫兹波的产生
• 3.3.2 太赫兹波的探测技术
• 3.4 太赫兹时域光谱技术（THz—TDS）
• 3.5 太赫兹波的应用
• 第四章 透射式时域太赫兹技术条件下对模拟沙尘条件下的太赫兹辐射传输研究
• 4.1.实验设计
• 4.2 透射光谱实验结果及分析
• 4.2.1 透射式系统下的时域光谱以及分析
• 4.2.2 透射式系统下的功率图像以及分析:
• 4.2.3 透射式系统下的折射率计算和分析:
• 4.2.4 透射式系统下的透射率计算和分析
• 4.3 扬沙或者扬尘条件下传送成像信号实验
• 第五章 反射式时域太赫兹技术条件下对模拟沙尘条件下的太赫兹辐射传输研究
• 5.1 实验原理以及装置图
• 5.2 实验结果以及数据分析
• 5.2.1 反射式系统西时域光谱及分析
• 5.2.2 反射式系统下的功率图像以及分析
• 5.2.3 反射式系统下的折射率计算和分析
• 5.2.4 反射式系统下的透射率计算和分析
• 5.3 结论
• 第六章 结论
• 6.1 对本论文工作的总结
• 6.2 对今后工作的建议
• 参考资料和文献
• 硕士期间所发表或待发表的论文
• 致谢