小孔径光电导天线太赫兹辐射特性的研究

论文摘要

太赫兹（THz）辐射通常是指频率在0.1 THz到10THz之间的电磁波,其频率位于微波与红外之间,属于远红外波段。近十几年来,太赫兹波的产生技术发展迅速。小孔径光电导天线是一种小型太赫兹脉冲辐射源,它是基于飞秒激光激发辐射太赫兹波的。本论文通过自行设计制作光电导天线,并进行实验测量和分析,目的在于优化系统结构,提高小孔径光电导天线的太赫兹辐射性能。本论文详细介绍了光电导天线的制作过程,并制作了几种不同电极几何结构、不同半导体材料的光电导天线。我们利用太赫兹时域光谱技术,测量了光电导天线辐射的太赫兹脉冲,得到了时域发射光谱,并通过快速傅里叶变换得到了相应的频域光谱。结果表明,光电导天线辐射的THz信号强度都随着泵浦激光光斑直径的减小而增强,随偏置电压的增大而增强,随着泵浦激光功率的增大出现了先增强后饱和的现象。在偏置电压、泵浦激光光斑直径与泵浦激光功率相同时,我们对比四种光电导天线产生的THz信号发现,蝴蝶型光电导天线辐射的THz信号强度较大,并且频域谱的半极大全宽（FWHM）较宽。在前面实验的基础上,我们进一步对小孔径蝴蝶型光电导天线进行了研究。结果表明:电极间距越小、电极夹角越小,光电导天线所发射的THz信号越强。其次,我们制作了两种蝴蝶型几何结构、不同衬底材料低温砷化镓（LT-GaAs）和半绝缘砷化镓（SI-GaAs）的小孔径光电导天线,实验结果表明,用LT-GaAs制作的光电导天线发射的THz辐射性能比较好。总之,本文较为全面地探索了小孔径光电导天线的制作方法,较为系统地研究了不同实验参数下小孔径光电导天线的发射性能,并在相同的实验参数下对比研究了不同电极几何结构和衬底材料的小孔径光电导天线发射性能,总结出小孔径光电导天线的优化设计方案。本工作可作为相关研究和应用工作的基础和参考。

论文目录

• 图目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 光电导天线概述
• 1.2 太赫兹波的基本性质
• 1.3 太赫兹波的应用
• 1.4 太赫兹波的产生
• 1.4.1 窄频带太赫兹波的产生
• 1.4.2 宽带脉冲太赫兹波的产生
• 1.5 太赫兹波的探测
• 1.6 研究现状与选题意义
• 1.7 论文的主要结构
• 第二章 小孔径光电导天线的制作
• 2.1 概述
• 2.2 光电导天线的制作
• 2.2.1 半导体材料制备
• 2.2.2 制作光刻掩模版
• 2.2.3 光刻
• 2.2.4 蒸镀金属与剥离
• 2.2.5 光电导天线的后期处理
• 2.3 光电导天线的标识
• 2.3.1 已制作的光电导天线以及天线编号
• 2.3.2 对光电导天线几何形状的简单说明
• 第三章 光电导天线太赫兹时域光谱系统
• 3.1 基于光电导天线的太赫兹时域光谱系统
• 3.2 天线的安装与系统的优化
• 3.2.1 光电导天线的安装
• 3.2.2 系统的优化
• 3.3 小孔径光电导天线的优点
• 第四章 小孔径光电导天线的辐射特性
• 4.1 光电导天线发射THz波的机理
• 4.2 小孔径光电导天线的发射光谱
• 第五章 小孔径光电导天线辐射特性的优化
• 5.1 偏置电压对小孔径光电导天线THz辐射特性的影响
• 5.2 泵浦光功率对小孔径光电导天线THz辐射特性的影响
• 5.3 泵浦光光斑面积对偶极形小孔径光电导天线发射效率的影响
• 第六章 天线电极几何形状和衬底材料对光电导天线THz辐射特性的影响
• 6.1 天线电极几何形状对THz辐射的影响
• 6.1.1 四种不同电极形状的光电导天线发射的THz波比较
• 6.1.2 不同的蝴蝶型光电导天线所发射的太赫兹信号的比较
• 6.2 不同衬底材料对THz辐射的影响
• 6.2.1 SI-100 号小孔径光电导天线简介
• 6.2.2 实验结果
• 6.3 本系列工作的九种光电导天线辐射THz波的比较
• 第七章 总结
• 参考文献
• 硕士期间所发表或待发表的论文
• 致谢