基于PPLN晶体的可调谐太赫兹波辐射特性研究

提出了一种周期极化铌酸锂(PPLN)晶体差频产生太 赫兹(THz)波的新型结构。基于非线性晶体三波互作用理论模型,根据周 期极化掺镁铌酸锂(PPMgLN)晶体的准相位匹配原理和掺铒光纤激光器(EDFL)双波长输出激光 特性,并结合晶体折 射率差公式,理论分析了工作温度及极化反转光栅周期对其输出THz波的影响,给出 一定频率范围内其 输出波长连续可调谐的实现方法。本文系统结构简单、成本低和调谐容易,激光器可室温 运转。  

脉冲太赫兹波成像与连续波太赫兹成像特性的比较

对脉冲太赫兹(THz)波成像和连续波太赫兹成像进行了对比研究.在两个系统下分别进行实验,对两个成像系统的成像机理、系统分辨率、系统噪声、成像速度、信息量、价格、复杂性、便携性及其应用进行多方面的比较.研究结果表明,脉冲系统可以获取更多信息,连续波系统简单便捷,两者在应用上具有各自的特点,同时又有很好的互补性.另外,就脉冲太赫兹波成像的多波长特点,探讨了太赫兹波多光谱成像识别方法.  

产生太赫兹辐射源的Nd:YAG双波长准连续激光器

产生太赫兹波辐射的方法可分为电子学和光子学两大类.在光子学领域,非线性光学差频方法是获取高功率、低成本、便携式、室温运转太赫兹波的主要方法之一.实验研究了激光二极管(LD)端面抽运Nd:YAG1319 nm/1338 nm双波长准连续线偏振运转激光器,理论计算了输出双波长在非线性晶体DAST(4-N,N-dimethylamino-4'-N-'methyl-stilbazolium tosylate)中差频产生太赫兹辐射的平均功率.在重复频率50 kHz时,双波长激光平均输出功率达到2.22 W,斜率效率12.72%,线偏振度0.983,脉冲宽度71.91 ns.M2因子仅为1.165,不稳定性小于0.487%.根据非线性差频理论,计算出可在1 mm厚DAST晶体中获得4.71 mw的3.23 THz高相干性太赫兹波辐射.这两条非常接近的谱线为进一步通过非线性光学差频方法获得高相干性太赫兹波提供了理论基础.  

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。  

飞秒激光泵浦剥离层石墨烯实现太赫兹波放大的研究

基于光激发石墨烯的瞬态电子-空穴的弛豫/复合过程中,在Dirac点附近形成粒子数反转并产生THz波段负动态电导率的机理,研究剥离层石墨烯在室温条件下实现THz波段电磁波的受激放大。理论推导了剥离层石墨烯动态电导率的表达式,并研究了动态电导率随信号波长、石墨烯层数和泵浦光强度的变化关系,对单层和多层石墨烯结构作了分析比较。分析了与动态电导率有关的增益并进行了数值计算与模拟。研究表明,在室温条件下,剥离层石墨烯可以实现THz波段电磁波的有效放大。  

连续太赫兹成像系统对多层蜂窝样件无损检测的实验研究

太赫兹无损检测作为一种新型技术,已经成为X射 线和超声无损检测技术的有力补充。太赫兹连续波成像技术可以进行实时成像,其扫描速度 和成像质量都能满足太赫兹无损检测的要求。本文利用连续太赫兹成像系统对多层蜂窝样件 进行了检测,得到了样件不同纵深处的二维太赫兹图像。测试结果表明该系统能测试样件内 部每一层中夹杂异物的位置、分布情况及轮廓,并能对异物的基本属性做出判断。本研究为 太赫兹连续成像系统用于航空、航天、电子等样件的无损检测提供了有借鉴意义的案例。  

利用TOAD实现10 Gbit/s全光非归零码到归零码的转换

利用从非归零（NRZ）信号中全光提取的时钟，采用太赫兹光非对称解复用器（TOAD）实现了10 Gbit／s非归零码到归零（RZ）码的码型转换。非归零信号采用半导体光放大器（SOA）进行时钟分量增强并用平面波导阵列（AWG）滤出相应的伪归零（PRZ）信号，然后采用半导体光放大器注入锁模光纤环形激光器进行时钟提取，提取的时钟信号和待转换的非归零信号分别作为抽运光和探测光输入太赫兹光非对称解复用器，在其中进行码型转换。转换后输出的归零信号的质量仅由恢复的时钟信号和非归零信号的质量决定，受太赫兹光非对称解复用器中半导体光放大器增益恢复时间的影响极小。实验测得转换后的归零信号消光比为8．7dB，码型效应非常低，其光谱明显展宽．并且出现谱间隔为0．08nm的多峰结构，与10 Gbit／s的比特速率相对应。该方法对时钟信号的码型效应有一定的容忍度。  

光激发半导体硅片对宽带太赫兹波的调制研究

利用光泵浦-太赫兹(THz)探测(OPTP)技术,研究 了THz波在Si半导体界面间的传输行为。通过改变抽 运光密度从而改变样品表面的载流子浓度,实现对THz波透射/反射的有效调制。在外加中心 波长为800nm 的飞秒激光激发块体半导体Si片时,成功实现了对宽带THz波时域谱包括入射THz 脉冲振幅和 相位以及THz波次级反射峰抗反射的调制。光激发Si片可以获得任意载流子浓度 的Si片实现对 THz脉冲振幅的调制,调制度达到90%以上；光激发Si片能够使THz脉 冲的相位发生负延迟,随着 泵浦光密度的增加,负的相移越来越明显,随着频率的增高,负的相移也越来越明显；光激 发Si片还能够 对THz波的次级反射峰进行调制,随着泵浦光密度的改变,实现对次级反射峰的π相位以及 次级反 射峰抗反射的调制。光激发Si片对宽带THz波时域谱的调制为THz波在通信、国防安全等领域 的应用奠定了基础。  

基于介质超材料的太赫兹偏振和相位控制

采用基于介质高阻硅超材料,设计了太赫兹(TH z)波段高效率(>64%)宽带的偏振转换器,并介 绍了利用该器件控制相位的方法。采用8个不同尺寸的介质微结构作为控制相 位的基本单元, 通过恰当地排布它们的空间位置,设计了一个高效率、超宽带的THz波异常偏折 器,其有效工 作带宽范围为0.75～1.50THz,在1.25THz处 效率最高可达70%以上,且偏折角度与频率相关, 符合广义斯涅尔定律的描述。实验中,采用了自主搭建的角度分辨的光纤化THz时域 频谱系统对设计的 器件进行了表征,实验结果和仿真模拟及理论预测结果非常吻合。这种基于介质超材料的方 法,克服了传 统金属超材料中欧姆损耗的问题,且设计简单,加工方便。  

连续太赫兹反射扫描成像分辨率测量实验研究

图像空间分辨率是太赫兹(THz)成像系统的重要技术参数。为了测量系统的分辨率特性,仿照ISO12233标准制作了星形分辨率测试卡。通过对测试卡进行成像,将成像结果进行简单的处理即可获得系统在不同方向上对不同空间频率方波的响应曲线,从而测得系统的调制传递函数。利用自制的分辨率测试卡在已建立的THz点扫描反射成像系统上进行了实验研究,对系统的分辨率特性进行了测量及分析。最终测得该系统的分辨率为1.273 lp/mm,对应的线宽为0.393 mm,测量结果与刀口法所得结果较为一致。分析表明,利用星形分辨率测试卡能够方便地对系统的分辨率特性进行测量分析,直观、准确地得出系统的分辨率上限。