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。     

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。     

低温生长砷化镓光电导天线产生太赫兹波的辐射特性

研究了低温生长砷化镓光电导天线(LT-GaAs PCA)产生太赫兹(THz)波的辐射特性。利用太赫兹时域光谱(TDS)技术测量了光电导发射极在飞秒激光作用下辐射的太赫兹脉冲,得到了时域发射光谱,并通过快速傅里叶变换(FFT)得到相应的频域光谱。结果表明,低温砷化镓光电导天线产生的太赫兹波信号比飞秒激光激发半导体表面产生的太赫兹波信号具有更高的强度和信噪比;太赫兹波信号与光电导天线的偏置电压成线性关系;随着抽运激光功率的增强,太赫兹波信号增大并出现饱和。     

可产生任意偏振方向太赫兹波的光电导太赫兹辐射源

基于太赫兹时域光谱（THz-TDS）系统，使用两个相互垂直的光电导天线构建了1×2 GaAs光电导太赫兹源阵列。通过调控各个阵元的偏置电压，对其辐射太赫兹波的偏振方向进行研究。结果表明：在已实现光电导发射天线阵列的高效合成以及可同时检测脉冲太赫兹波的振幅、相位及偏振态的探测天线的基础上，通过调控各个阵元的偏置电压分别改变了平行和垂直两个阵元辐射太赫兹波的强度；经过1×2 GaAs光电导太赫兹源阵列在远场的同步合成，可产生不同偏振方向的脉冲太赫兹波，实现了以全电控的方式产生任意偏振方向太赫兹波的光电导太赫兹辐射源。     

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.     

基于DL模型与时域耦合波理论的PCA THz调制机理研究

太赫兹电导天线是太赫兹源或探测器的最常用器件之一。针对太赫兹波与金属微结构之间的相互作用效应以及远场辐射调制机理问题,本文提出了基于DL模型与时域耦合波理论的光电导天线太赫兹波调制机理研究。在工形光电导天线上引入金属微结构,采用DL模型理论求解瞬态电流以及时变电磁场,并经由格林函数处理后实现PCA THz的远场辐射;同时建立了瞬态电流和局域电磁模式之间的耦合模型,利用时域耦合波理分析了微结构光导天线THz波辐射的机理。研究结果表明:本文引入的微结构改变了等效模型的辐射阻抗,局域电磁模式能够存储能量6 ps后通过调整结构间的耦合系数以散射损耗形式释放出来;且存在耦合作用时,组合微结构对应共振频率处的辐射得到极大增强,该结论为后续光导天线结构设计和太赫兹波辐射调制奠定重要基础。     

低温生长砷化镓光电导天线产生太赫兹波

宽频太赫兹(THz)技术在国防、科研等领域有着广阔的应用前景,光电导天线是产生宽频THz波的重要手段.分析了低温生长和高温退火对光电导天线材料载流子寿命和电阻率的影响.在生长温度为230℃和250℃,退火温度为475℃的低温生长砷化镓(LTG-GaAs)上制备了领结(BowTie)和偶极子(Dipole)两种电极结构的小孔径光电导天线.实验给出,在250℃生长的LTG-GaAs上制备的光电导天线产生的太赫兹波辐射强度和频谱宽度较好,谱宽达到了3.6 THz,BowTie天线的辐射强度优于Dipole天线.两种形状的光电导天线皆可在10 V的偏置电压下产生太赫兹波辐射.     

InSb光电导太赫兹辐射理论研究

为了研究锑化铟(InSb)半导体材料的光电导太赫兹辐射过程,推导了太赫兹近场辐射公式。在考虑俄歇弛豫机制对光电导过程影响的情况下,分析了InSb光生载流子浓度、载流子散射率以及光电导表面反射率随时间的变化。结果表明,数值模拟与文献中的实验曲线变化趋势一致,计算结果吻合,证明了该研究方法的正确性。     

基于光子混频的可调谐连续太赫兹波辐射系统

基于光子混频原理及相干探测技术,利用外腔半导体激光器及一种蝶形交指结构低温砷化镓光电导天线,搭建了一个可调谐连续太赫兹波辐射探测系统。在室温条件下,实现了连续太赫兹波的产生及探测,其连续太赫兹波输出的线宽优于1 MHz。在频率小于0.70THz时,实验获得的系统信噪比均在50dB以上。在频率为0.50THz处,系统信噪比为64dB。另外,还实验研究了辐射太赫兹波电场强度与光电导天线偏置电场的关系,讨论了外腔半导体激光器模式对连续太赫兹波辐射的影响。     

太赫兹光电导天线发射装置的优化设计

为了研究金属纳米狭缝对太赫兹光电导天线辐射功率的影响,基于时域有限差分法对太赫兹波通过金属狭缝时的增强特性进行了分析计算,研究了太赫兹波通过金属纳米狭缝电场的增强幅度与狭缝宽度和太赫兹波频率之间的规律。结果表明,在太赫兹光电导天线发射装置上增加一个纳米狭缝能够增强太赫兹波的发射功率,频率为0.1THz的太赫兹波通过70nm宽度金属狭缝时,辐射功率最大可以增强800倍。该研究结果对太赫兹光电导天线结构的改进有一定的借鉴意义。     

小孔径蝴蝶型光电导天线太赫兹辐射源的研究

研究了5种小孔径光电导天线的太赫兹发射特性,并且对它们所发射的太赫兹波进行了对比,为研制高效率的太赫兹波发射源提供了参考依据。利用太赫兹时域光谱技术测量了光电导天线发射的太赫兹（THz）脉冲,得到了时域发射光谱,并通过快速傅里叶变换得到相应的频域光谱。结果表明,太赫兹信号强度随偏置电压的增大而增强;随着泵浦激光功率的增大而增强并出现饱和现象。偏置电压与泵浦激光功率相同时,我们对比5种光电导天线产生的太赫兹信号,从中找到了一种发射效率较高的小孔径光电导天线,并且研究了电极形状、电极间距对光电导天线发射效率的     

小孔径螺旋型光电导天线的太赫兹辐射特性研究

研究了小孔径螺旋型光电导天线的太赫兹辐射特性.利用太赫兹时域光谱技术测量了螺旋型光导天线辐射的太赫兹波谱,得到了其时域发射光谱.通过快速傅里叶变换得到相应的频域光谱,同时对两种不同孔径螺旋天线的太赫兹辐射特性进行了比较.实验结果表明,太赫兹信号强度会随偏置电压的增大而增强;在偏置电压和泵浦光功率相同的情况下,较小孔径的...     

周期极化GaAs晶体中差频产生太赫兹辐射的研究

传统的光学差频产生的太赫兹辐射转换效率低,不能获得高功率太赫兹辐射。本文对周期极化GaAs晶体中差频产生太赫兹辐射进行了理论计算,通过温度调谐实现了周期极化GaAs晶体中差频获得可调谐太赫兹波的输出。为了提高差频过程的增益和量子效率,在准相位匹配基础上引进了级联差频机理,并对最佳晶体长度和最佳泵浦频率进行了计算。结果表明,利用周期极化的GaAs晶体可以获得更高能量更高效率的太赫兹波辐射。     

基于非周期极化铌酸锂晶体产生任意频率太赫兹辐射

理论上研究并论证了飞秒激光在非周期性极化畴反转的铌酸锂晶体(LN)中由光整流效应产生任意频率、窄带的太赫兹(THz)波辐射的可行性.为实现对THz波谱的整形,文中利用模拟退火(SA)算法设计出铌酸锂晶体的极化畴反转结构的最佳模型,由此可产生任意预置时间波形的THz辐射场.结果表明,SA算法是一种有效的通过设计晶体极化畴...     

Detection of terahertz radiation with diode lasers

A standard commercial semiconductor is shown to be able to detect terahertz (THz) radiation at room temperature. A voltage variation across the active region of the device upon incident THz radiation is measured. The detected voltage signal scales linearly with the THz intensity measured with a Golay cell. A detailed analysis shows that thermal effects following the THz absorption by the carrier plasma play an important role in this detection process.     

A THz Spectroscopy System Based on Coherent Radiation from Ultrashort Electron Bunches

A spectroscopy system will be discussed for coherent THz transition radiation emitted from short electron bunches, which are generated from a system consisting of an RF gun with a thermionic cathode, an alpha-magnet as a magnetic bunch compressor, and a linear accelerator for post-acceleration. The THz radiation is generated as backward transition radiation when electron bunches pass through an aluminum foil. The emitted THz transition radiation, which is coherent at wavelengths equal to and longer than the electron bunch length, is coupled to a Michelson interferometer. The performance of the spectroscopy system employing a Michelson interferometer is discussed. The radiation power spectra under different conditions are presented. As an example, the optical constant of a silicon wafer can be obtained using the dispersive Fourier transform spectroscopy (DFTS) technique.     

二氧化钒材料相变的太赫兹光谱与阵列成像

二氧化钒是一种具有绝缘态到金属态可逆相变特性的材料,在光器件及信息技术中有非常广泛的应用。分别采用太赫兹频段的光谱测量技术和阵列成像技术研究分析了硅基二氧化钒材料的相变过程。采用傅里叶变换光谱测量系统,获得了整个样品在2.5~20.0 THz频段透射谱和反射谱随温度的变化,分析得到了硅基二氧化钒材料相变的温度范围为334~341 K,对应温差为7 K;得到了相变前后样品对4.3 THz辐射的透过率变化达40%以上,反射率变化接近30%。随后采用一套4.3 THz的阵列成像系统,测量了整个样品在相变前后的太赫兹图像,获得了该材料由金属态转变为绝缘态时,其对4.3 THz激光信号的透过率由6.7%升至50.7%,透过率变化达44%,与傅里叶变换光谱在4.3 THz处的测量结果相当。上述研究结果为硅基二氧化钒材料用于2.5 THz以上电磁辐射的透射调制和反射调制提供了很好的实验数据支撑。     

太赫兹辐射源与波导耦合研究新进展

对国际上关于半导体太赫兹辐射源和太赫兹传输波导之间的耦合问题的研究进展和最新动态进行了较详细的分析和归纳总结.太赫兹频段是一个非常有科学价值电磁波频段,它在信息科学,天文学、医学、环境科学、国防等领域都有广阔的应用前景和应用价值.太赫兹的应用除了太赫兹辐射源,太赫兹传输器件,太赫兹探测器等关键器件之外,还必须解决太赫兹辐射源和太赫兹传输器件之间的耦合问题.     

THz技术在大气探测领域的应用研究进展

THz波的频段范围（0.1~10 THz）及其特性使THz波具有较高的空间分辨率及大气参数灵敏性,同时THz辐射在地球辐射平衡中的重要作用决定了其在大气探测领域有重大的研究价值和广阔的应用前景。介绍了THz技术在大气探测领域的应用现状,重点分析介绍了THz波遥感探测大气水汽廓线、温度廓线、卷云的微物理参数及大气微量气体成分的原理、特性及存在的问题,最后对THz波大气探测技术的研究提出几点建议和展望,并指出了当前THz波大气探测技术的研究前沿和研究热点。