光电导天线太赫兹辐射研究

利用超短激光脉冲触发光电导天线产生太赫兹波是目前研究比较深入,同时得到广泛采用的一种太赫兹波源.电流瞬冲模型能较好地解释光电导天线辐射太赫兹波的机理,并且与实验相吻合,因而被普遍接受.影响光电导天线的因素有材料性质、偏转电压、激光脉冲宽度和单脉冲能量等,其中激光脉冲宽度和激光脉冲能量对太赫兹辐射有很重要的影响.材料中的光生载流子寿命对辐射也有一定的影响.当改变这些参数时,辐射的太赫兹波有不同的特性变化.此外,逐步增大激光脉冲能量,会发现辐射的太赫兹波强度存在一个饱和特性.     

InSb材料光电导辐射太赫兹波理论研究

分析基于光电导理论的太赫兹(THz)辐射原理,对基于锑化铟(InSb)半导体材料的光电导辐射过程进行理论推导,并获得太赫兹近远场辐射等参数.利用有限时域差分(FDTD)方法分析空域太赫兹波的传播过程,得到不同时刻太赫兹波传播的三维效果图.理论研究结果与文献实验数据较好吻合,证明研究方法的正确性.     

光电导太赫兹源新进展

太赫兹技术在基础研究、工业以及军事领域有着良好的应用前景和研究价值,而太赫兹源在很大程度上决定了太赫兹技术的应用前景和发展潜力。由于光电导材料的研究发展,光电导太赫兹源目前已成为产生宽频带太赫兹辐射的一种重要方法,也是所有太赫兹相关技术中研究非常活跃的一个领域。本文就光电导太赫兹源的原理、性能影响因素、国内外研究情况作了较为全面的评述,着重阐述了基底材料、电极几何结构和激发光源对于其性能的影响以及国内外研究现状,并对其中存在的问题和解决思路等进行分析,展望了未来研究发展方向。     

光电导天线太赫兹波辐射特性研究进展

太赫兹科学技术已经成为当前电磁领域研究的热点,太赫兹波的产生是其关键技术,光电导天线(PCA)是目前产生宽频太赫兹波的重要手段。根据光电导天线太赫兹波的辐射特性的文献报道,对光电导天线产生太赫兹波的耦合输出效率、辐射场型、极化特性等研究进展做了较全面的评述,并针对光电导天线辐射特性对光电导天线应用的意义进行了探讨和展望,以期对光电导天线产生太赫兹波的研究和应用提供参考。     

偏振可调的太赫兹光电导天线设计北大核心

提出了一种偏振可调的太赫兹光电导天线,其结构由四个弧形金属电极、低温砷化镓衬底和氮化硅抗反射涂层构成。通过对光电导天线的工作原理分析,可以发现弧形金属电极结构决定天线的辐射偏振,且衬底的载流子迁移率、载流子寿命和衬底材料对激光的吸收直接影响天线的辐射特性。利用COMSOL软件对该光电导天线进行建模仿真,其结果表明该光电导天线可以在45°方向倍增地辐射线偏振太赫兹波,且辐射强度相较于常规光电导天线提高了30%,辐射带宽高达10 THz。所设计太赫兹光电导天线具有偏振可调、结构简单和易于加工等特点,在太赫兹光谱检测领域具有广阔的应用前景。     

光电导太赫兹天线效率参数的讨论

光电导天线是产生太赫兹波最常用的器件之一,但是目前它面临的主要问题是天线效率很低,难以获得高功率的太赫兹波.为了提高其输出功率和效率,介绍了计算光电导天线效率的公式,讨论了影响光电导天线光-太赫兹转换效率的参数:与激光源相关的参数如激光强度、脉冲宽度、激励光斑尺寸及位置;与光电导天线相关的参数如偏压电场、天线材料和几何结构、天线暗电阻率、基底材料等.这对光电导太赫兹天线的分析与设计也是大有裨益的.     

基于频率梳的太赫兹辐射功率密度测量

为实现太赫兹辐射特性精准认知,开展太赫兹辐射功率密度测量研究.通过光学频率梳产生太赫兹频率梳,利用太赫兹频率梳实现太赫兹辐射源空间辐射功率密度测量.本文利用电光采样和光电导探测两种方式,实现了100 GHz辐射源空间辐射功率密度测量;将100 GHz辐射总功率溯源到标准太赫兹功率计,实现太赫兹辐射功率密度绝对测量.分析比较了利用800 nm空间光进行电光采样和利用1 550 nm光纤激光进行光电导探测的测量结果.在不同距离下,对太赫兹辐射源的空间辐射功率密度进行了测量和量值溯源,实验揭示了太赫兹辐射传输的空间演化特性.     

InSb光电导太赫兹源材料性质及辐射场研究

为了研究锑化铟(InSb)半导体材料光电导太赫兹辐射过程,用数值计算方法分析材料内载流子迁移率和表面电流,以及不同性质抽运激光器对太赫兹波近场强度的影响,用宏观电磁场理论和微观半导体理论分析材料表面电流,比较了InSb和GaAs材料的太赫兹波功率谱曲线。结果表明,InSb材料载流子弛豫时间越长,载流子迁移率越大;表面电流与载流子寿命和弛豫时间成正比;宏观电磁场理论更适于分析表面电流;抽运激光饱和能量密度越大,太赫兹近场辐射强度越强;抽运激光脉冲宽度越短,太赫兹近场辐射强度越强;InSb光电导辐射太赫兹波功率比GaAs高。该结果为基于InSb光电导太赫兹辐射源的研究奠定了一定的基础。     

InGaAs/InAlAs光电导太赫兹发射天线的制备与表征

光电导天线作为太赫兹时域光谱仪产生与探测太赫兹辐射的关键部件，具有重要的科研与工业价值。本文采用分子束外延(MBE)方法制备InGaAs/InAlAs超晶格作为1 550 nm光电导天线的光吸收材料，使用原子力显微镜、光致发光、高分辨X射线衍射等方式验证了材料的高生长质量；通过优化制备条件得到了侧面平整的台面结构光电导天线。制备的光电导太赫兹发射天线在太赫兹时域光谱系统中实现了4.5 THz的频谱宽度，动态范围为45 dB。     

基于太赫兹人工超材料的带阻滤波器

鉴于太赫兹辐射的特殊性,其难以与自然界中多数材料发生电磁相互作用,导致太赫兹功能器件匮乏。人工超材料通过人工设计结构单元的周期排列组合,可实现太赫兹波段电磁响应的调控。本文设计一种由二氧化硅衬底上的单层金属方形谐振环结构构成的太赫兹带阻人工超材料,具有窄带宽、深带阻特性、偏振不敏感特性,通过近场电场和表面电流分析,带阻共振特性源于谐振环结构的电偶极共振。该设计结构简单,易于制备,在太赫兹调制器件、太赫兹通信、光电探测等领域具有应用价值。     

光电导THz源及其研究进展

THz科学技术是近20年来发展起来的一门新学科,其关键技术是THz波的产生和探测。本文介绍了光电导THz源的辐射原理和本领域的研究进展等,并简要分析了今后的发展方向。     

基于光学参量效应的太赫兹辐射源及其研究进展

太赫兹频段是电磁波谱中极具科学价值但尚待完全开发的电磁辐射区域,其中,太赫兹辐射源是影响太赫兹频段能否被广泛应用的关键器件,也是太赫兹技术研究领域的前沿问题.基于光参量效应产生太赫兹波的方法具有非线性转换效率高、波长在一定范围内连续可调、易小型化、能够在室温下稳定运转等优点,近年来得到了广泛的关注.文章介绍了光参量效应...     

基于石墨烯的太赫兹光电功能器件研究进展

作为一种新型光电材料,石墨烯独特的能带结构和电子输运特性,使其与太赫兹科学有着密切的内在关系：石墨烯内部的等离子体振荡频率在太赫兹频段;人为调谐石墨烯的禁带宽度在0~0.3 eV时,正好覆盖太赫兹频段;光电导率的外部可控性等,这些特点使得石墨烯有望成为太赫兹频段新一代高性能设备研制的基础。最近的研究显示,石墨烯在太赫兹波产生、调控、检测等光电功能器件的研制中取得了很好的成果。重点介绍了基于石墨烯的太赫兹光电功能器件,包括太赫兹源器件、可控调控器件及检测器研究的最新进展,并对这一快速发展的研究领域进行了展望。     

NOVEL TERAHERTZ PHOTOCONDUCTIVE ANTENNAS

The photoconductive (PC) antenna is a key device for the recent terahertz (THz) photonics based on laser-pumped generation and detection of THz radiation. In this paper we report on two new types of PC antennas: the Schottky PC antenna and the multi-contacts PC antenna. The former one is able to detect THz radiation intensity without the time-delay scan and useful for applications where spectroscopic information is not important, such as the THz intensity imaging. The latter one is useful for the polarization sensitive THz spectroscopy, such as the THz ellipsometry. The characteristic features of these new types of PC antennas are studied by using a THz time-domain spectroscopy system.     

High Energy THz Pulse Generation by Tilted Pulse Front Excitation and Its Nonlinear Optical Applications

Generation of high energy THz pulses by tilted pulse front excitation is reviewed. The basic idea and the realized setups are described. Properties of THz pulses generated by using different pump lasers are summarized. Nonlinear optical effects induced by the high energy THz pulses were observed, such as nonlinear refraction, self-phase modulation, saturation of THz absorption, and free carrier generation. The main results on these phenomena are described. The possibility of using THz pulses as a quasi-dc field for increasing the cut-off frequency in high harmonic generation is analyzed. The THz generation setup used in recent experiments is analyzed and arrangements for achieving better THz beam quality and higher THz pulse energy are considered. Finally, some results of calculations indicating significantly increased generation efficiency of 0.2-THz pulses compared to generation efficiency of 1-THz pulses are presented.     

太赫兹宽谱源的研究进展

太赫兹宽谱源是指能够产生较宽频谱覆盖范围的太赫兹辐射源,近年来其相关研究受到越来越多的关注。太赫兹宽谱具有能量低,穿透性强和频谱覆盖范围宽等优点,在生物和医学成像、安全检查、化学成分分析等领域具有很大的潜在应用价值,因此研究太赫兹宽谱源对于推动上述领域的进步具有重要的科学意义。本文基于光学辐射源、电子学辐射源、热辐射源这3种太赫兹宽谱源,从产生机理、研究进展以及未来发展趋势对这3种方法进行分析和总结,对比了各自的优、缺点和应用范围。     

Terahertz (THz) Frequency Sources and Antennas - A Brief Review

In this paper we review THz radiation properties, generation methods, and antenna configurations. This paper suggests some new class of antennas that can be used at THz frequency, like optical antennas or Carbon nanotube antennas. THz technology has become attractive due to the low energy content and nonionizing nature of the signal. This property makes them suitable for imaging and sensing applications. But at the same time detection and generation of THz signals has been technologically challenging. This paper presents a comparative study of the generation techniques for THz frequency signals giving emphasis to the some new techniques like Quantum Cascade lasers which has created significant research interest. The main aim for this study is to find out the materials suitable for fabricating THz devices and antennas, a suitable method for generation of high power at THz frequency and an antenna that will make THz communication possible.     

Terahertz Photonics: Optoelectronic Techniques for Generation and Detection of Terahertz Waves

Optoelectronic techniques for generation and detection of terahertz (THz) signals have been reviewed. The operation principles of THz photomixer sources and THz parametric sources have been studied and recent developments in these areas have been presented. The performances of developed THz optoelectronic sources have been discussed and compared.      

双波长波片导致的脉冲分离对双色场辐射太赫兹波的影响

由于群速度的偏振依赖性,飞秒激光脉冲入射到双波长波片时出射光脉冲会分离为两个具有一定时间延迟的飞秒激光脉冲。从实验和理论模拟两方面研究了双波长波片导致的脉冲分离现象对飞秒激光双色场成丝辐射太赫兹(THz)波效率的影响。实验结果表明,脉冲分离导致的时间延迟会降低双色场辐射THz波的效率,可通过零级双波长波片缩短分离脉冲之间的时间延迟,有效提高THz波的产生效率。     

Single-Cycle Terahertz Pulse Generation from OH1 Crystal via Cherenkov Phase Matching

OH1 crystal is an organic nonlinear optical crystal with a large nonlinear optical constant. However, it has dispersion of refractive indices in the terahertz (THz) frequency. This limits the frequencies that satisfy the phase matching conditions for THz wave generation. In this study, we addressed the phase matching conditions for THz wave generation by combining an OH1 crystal with prism-coupled Cherenkov phase matching. We observed the generation of single-cycle THz pulses with a spectrum covering a frequency range of 3 THz. These results prove that combining prism-coupled Cherenkov phase matching with nonlinear optical crystals yields a THz wave generation method that is insusceptible to crystal dispersion.