太赫兹波的屏蔽效应和光电导天线电极的理论研究

论文摘要

本文详细介绍了太赫兹电磁波的特性,以及近年来在时域光谱、成像、信息技术领域的应用,和太赫兹波的各种产生、探测的方法和基本原理。接着对我们自行研发的高功率太赫兹光电导天线和耐压设计进行了概述。实验证明,经过耐压设计的光电导天线,在相同的触发光能下,能够加载更高的偏置电压,辐射出的THz电磁波的强度有很大的提高。文中在利用光电导天线辐射THz波的电流瞬冲模型的基础上,分析了屏蔽效应,时变的迁移率和电导率,以及激发光脉冲这些因素对THz近场和远场时域波形的影响。改进了电流瞬冲模型,采用蒙特卡洛模拟方法对SI-GaAs光电导天线辐射太赫兹波电场屏蔽效应进行模拟分析,分析了触发光能量和电极间隙对光电导天线辐射太赫兹的影响。当在固定外界条件不变的情况下,光电导天线辐射的太赫兹波强度与电极所加偏压成正比,而天线的电极形状发生改变或加有补偿角时,天线所辐射的太赫兹波的幅值会有明显的变化。本论文给出了一种计算方法,并对形状改变后的电场分布进行了计算,并优化了电极形状。所得到的计算结果表明,电极间的电势分布受电极宽度、电极间隙、补偿角的角度参数所影响。电势与电极宽度成正比,电极间隙需要与前面的结论共同考虑,而所加的补偿角是影响电势分布的关键,在考虑电极不被击穿的前提下,有补偿角的电极比没有补偿角的电极所辐射的太赫兹幅值要强的多。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 太赫兹简介
• 1.1 太赫兹电磁波概述
• 1.2 THz电磁波的应用
• 1.2.1 利用频谱的应用研究
• 1.2.2 利用时域光谱技术
• 1.2.3 THz成像技术
• 1.2.4 应用THz“雷达”技术进行敏感探测
• 1.3 太赫兹电磁波的产生
• 1.3.1 光电导产生宽频THz
• 1.3.2 从半导体表面产生THz
• 1.3.3 利用光参量变换产生THz
• 1.3.4 太赫兹量子级联激光器产生THz
• 1.3.5 利用等离子体波产生THz
• 1.4 探测
• 1.4.1 光电导天线取样
• 1.4.2 电光取样探测技术
• 1.5 本论文的主要工作
• 2 光电导天线的耐压设计和实验介绍
• 2.1 光电导天线介绍
• 2.2 光电导偶极天线的耐压设计
• 2.3 表面钝化光电导天线与裸片光电导天线辐射太赫兹波对比实验
• 2.4 有机硅凝胶封装光电导天线与钝化天线辐射太赫兹波对比实验
• 3 影响太赫兹波形因素的分析与模拟
• 3.1 太赫兹时域波形分析模型
• 3.2 太赫兹波形与频谱
• 3.3 载流子寿命对太赫兹波形的影响
• 3.4 光脉冲宽度对THz波形的影响
• 3.5 饱和效应
• 3.5.1 实验依据
• 3.5.2 理论模型及模拟
• 3.5.3 模拟结果与分析:激光能量与辐射屏蔽的关系
• 4 太赫兹光电导天线的设计
• 4.1 光电导体
• 4.2 光电导天线电极
• 4.2.1 光电导天线电极间隙
• 4.2.2 光电导天线形状的影响
• 4.2.3 光电导偶极天线阵列
• 4.3 光脉冲
• 4.4 减少太赫兹波在传播过程中的能量损失
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录