无水葡萄糖的太赫兹时域光谱特性

用光学参数定量诊断病变组织是当前生物医学光子学领域中研究的热点问题。利用太赫兹时域光谱系统,在室温氮气环境中,获得了不同质量分数无水葡萄糖在0.15~3THz频段的高分辨率吸收谱和折射率谱;基于密度泛函理论,利用Gaussian 09软件对葡萄糖进行了B3LYP/6-31G水平上的单分子、双分子和多分子结构优化和红外吸收模拟;基于Materials Studio 7.0量子化学计算软件,采用CASTEP模块和广义梯度近似方法,开展了对葡萄糖晶体结构的频率计算。实验结果表明,葡萄糖在0.94,1.30,1.44,1.67,1.88,2.08,2.31,2.55,2.70,2.84,2.96THz有吸收峰,所有峰位的强度随样品中葡萄糖质量分数的增加线性降低;Gaussian 09模拟结果与测试结果相吻合,CASTEP的结果验证了这一结论;对无水葡萄糖在太赫兹频段的吸收峰进行了全面指认和振动归属。研究结果为太赫兹时域光谱在生物医学方面的应用提供了实验及理论参考。     

光声室低频特性的研究

本文采用气体光声室检测方法,研究了在较低的斩波频率(低于500Hz)下,半导体材料硅、锗、砷化镓和碲化镉的光声频率特性,得出了改进的高灵敏度光声室光声信号的理论表达式,给出了R-G理论的修正项,其理论计算和实验结果符合得较好。     

半导体太赫兹源综述

太赫兹技术可以应用于信息科学,生物,医学,天文和环境科学等方面,而太赫兹源是太赫兹应用的关键器件。作者针对半导体太赫兹源如GaAs1-xNx二极管、量子阱负有效质量太赫兹振荡器和太赫兹量子级联激光器做了一个简要的回顾。掺杂的GaAs1-xNx二极管在直流偏压下的电流自振荡行为得到了研究,发现电流自振荡与这种独特材料体系非抛物线型导带的负微分速率效应相关。量子阱负有效质量p pp 二极管通过考虑杂质散射、光学声子和声学声子散射研究了其电流自振荡和瞬时电流形态,研究发现偏压和掺杂浓度会对电流自振荡频率产生很大影响,负有效质量p pp 二极管可以用作可电学调制的太赫兹源。此外,我们通过蒙特卡洛模拟对共振声子结构的太赫兹量子级联激光器进行了器件参数的优化,结果表明注入势垒宽度、掺杂浓度和声子抽取能级差设计对计算增益有很大的影响,我们的计算结果与实验结果一致。     

地空路径太赫兹波雨天衰减特性分析

雨滴的散射和吸收作用会严重增加地空链路上太赫兹波的传输损耗,降低无线通信的性能。为实现太赫兹波在地空链路上的传输应用,必须对太赫兹波在降雨环境中的传输特性进行深入研究。本文对原有的雨衰模型进行了修正,基于Mie理论,分析了降雨率的变化对地空链路上太赫兹波传输的影响,并与原有模型的计算结果进行了对比。结果表明：在整个太赫兹频段,雨衰减损耗会随降雨率的增加而增大,随频率的增加先增大后减小,且高频太赫兹波段相对0.1～1 THz频段范围的雨衰损耗更小;同时,当频率超过1 THz时,大气窗口越靠近10 THz,损耗越小,在降雨天气环境进行无线通信传输时将更具有通信优势,且频率越低,天顶角越大,模型修正前后的差异性更加明显。     

太赫兹量子级联激光器有源区增益分析和设计

太赫兹量子级联激光器(QCL)有源区设计主要包括啁啾超晶格、束缚-连续态跃迁和共振声子等模式。本文利用密度矩阵方法模拟太赫兹QCL光增益谱的基本特征,特别是通过分析太赫兹QCL光增益特性与子带寿命的依赖关系,理解太赫兹QCL对超晶格子带间非辐射跃迁寿命的要求。进而根据这些要求给出一种基于束缚-连续态跃迁和共振声子混合模式的太赫兹QCL有源区设计方案,利用纵光学声子共振帮助缩短束缚-连续态跃迁模式中下辐射态寿命。     

亚太赫兹频段介电性能的共面波导测量

利用共面波导的S参数建立了一种计算亚太赫兹频率下材料介电常数实部和虚部的模型,并给出了该模型的详细推导过程和应用实例。基于该模型,利用测试得到的共面波导的S参数计算了200 GHz下衬底材料的介电常数,计算值与理论结果相符。建立的模型可广泛应用于各类材料在亚太赫兹频段介电性能的表征。     

基于受激声子极化激元的太赫兹波传输调控与非线性效应研究

太赫兹波与离子晶体中光学声子耦合形成的受激声子极化激元,为太赫兹波在晶体材料中的传输调控和非线性增强提供了有效途径,进而为强场太赫兹科学技术的发展开辟了新的可能性。从物理概念、实验方案、调控手段等方面简要回顾了受激声子极化激元相关的研究进展,分析了受激声子极化激元作用下太赫兹波对光与物质相互作用机制的影响,展望了受激声子极化激元在未来强场太赫兹科学技术中的发展潜力与应用前景。     

砷化镓类半导体材料在太赫兹波段的透射特性研究

首先给 出了利用光电导天线产生的太赫兹波的时域和频域光谱,进而,基于搭建的太赫 兹时域光谱系统, 并采用透射光谱法分别测量了砷化镓类型的三种半导体材料在太赫兹波段的透过率。结果表 明,基于光电导 天线产生的太赫兹波在0~2THz范围内,光谱比较稳定,频率带宽比 较宽;砷化镓半导体材料在0~2.0THz 范围内的透过率的变化相对较小,具有较高的透过率(>60%),并且 明显优于碲化锌以及碲化镉半导体 材料在太赫兹波段的透过率。因此,相比于碲化锌以及碲化镉半导体材料而言,砷化镓半导 体材料更适用于设计宽频带的太赫兹功能器件。     

液晶介电常数在微波至太赫兹频段测试技术

基于液晶材料的器件成为毫米波及太赫兹波领域的重要方向之一,文中总结了毫米波太赫兹波液晶器件的研究进展,介绍了液晶移相器的基本原理及应用,分析了液晶介电常数的主要测试方法,如传输线/反射法、谐振腔法、自由空间法、时域法等,比较了不同方法的测试频率范围和优缺点,并给出了向列相液晶材料在微波毫米波及太赫兹波段的介电常数的主要测试结果。     

太赫兹频段金属粗糙表面散射特性

根据基尔霍夫近似理论分析了金属粗糙表面在太赫兹频段的散射规律及影响因素，通过加工不同粗糙度的金属铝板样品，基于远红外激光器搭建的单频点散射特性测量系统及远红外傅里叶光谱仪（FTIR）的宽带反射率测量系统，对粗糙铝板的散射规律进行了实验测量与验证，发现实验测量结果与基尔霍夫近似计算结果具有良好的一致性，证明了峰值散射系数与粗糙度和频率的负相关性，以及与入射角度的正相关性。分析了近似光滑和较大粗糙度两种极限情况下的散射特性，给出了基尔霍夫近似理论在太赫兹频段的适用条件。相关结论为复杂目标散射特性的理论计算奠定了基础，对太赫兹频段雷达相关理论和技术的发展具有重要意义。     

碲锌镉晶片退火的显微Raman光谱分析

测量了4块不同退火条件处理碲锌镉晶片的显微Raman光谱,观察到了与碲锌镉材料及材料中Te沉积晶格振动相对应的Raman散射峰,发现了位于327cm^-1／332cm^-1的新峰。通过对碲锌镉晶片进行退火处理,有效的消除了Te沉积,比较碲锌镉晶片退火前后的显微Raman光谱,指出327cm^-1／332cm^-1散射峰只可能由来源于类CdTe或类ZnTe的二级声子散射引起,与碲锌镉材料中的Te沉积无关。     

Vapor-Phase Growth of Bulk Crystals of Cadmium Telluride and Cadmium Zinc Telluride on Gallium Arsenide Seeds

The growth of large-area bulk crystals of cadmium telluride and cadmium zinc telluride has been demonstrated using the combination of a novel physical vapor transport growth system and heteroepitaxial seeding on GaAs wafers. X-ray diffraction studies show the resulting material to be of extremely high quality despite the large lattice mismatch between the seed and the grown crystal. This process should provide a reliable growth route for large-area large-volume single-crystal boules of cadmium telluride and cadmium zinc telluride.     

太赫兹波段蜂巢晶格二维光子晶体传输特性的研究

运用平面波展开法优化了太赫兹波段蜂巢晶格二维光子晶体带隙结构,数值模拟得到了太赫兹波段蜂巢晶格光子晶体的最大TE模、TM模和完全带隙,通过光子晶体态密度分布进一步验证了所优化的带隙结构,并设计了对应带隙范围的太赫兹波器件。研究结果为太赫兹器件的开发提供了理论依据。     

碲锌镉晶体Zn组分的光致发光实用化研究

利用激光显微光致发光光谱仪测试了碲锌镉晶片的室温显微光致发光谱,对测得的光致发光谱进行拟合得到碲锌镉材料带隙的Eg值,根据实验总结出的Eg与Zn组分的室温计算公式,结合自主开发的Zn组分计算程序得到碲锌镉晶片上的Zn组分。所得的Zn组分结果用X射线双晶衍射进行验证,结果显示,室温下显微光致发光测得的Zn组分是相对准确可信的,可作为大量常规工艺测定Zn组分的有效工具,并且获得的Zn组分可成为外延碲镉汞薄膜时筛选匹配衬底的重要依据,同时还为研究和优化碲锌镉晶体生长工艺提供重要帮助。     

GaP,GaAs和PPLN晶体级联差频产生太赫兹辐射

研究周期极化磷化镓晶体(GaP)、砷化镓晶体(GaAs)和周期极化铌酸锂晶体(PPLN)准相位匹配级联差频产生太赫兹辐射,相较于差频过程,级联过程太赫兹辐射输出功率增大9.5倍。通过分析三波耦合方程,计算并比较晶体的波矢失配量、极化周期和太赫兹功率,结果显示,基于GaP晶体产生的太赫兹功率略大于GaAs晶体输出的功率;GaAs晶体的极化周期最小;PPLN晶体的波矢失配量和极化周期取值范围最小,而输出的太赫兹功率和转换效率最高。建立基于周期极化掺氧化镁铌酸锂晶体(MgO:PPLN)准相位匹配原理的宽调谐激光系统,分析吸收因子对输出太赫兹功率的影响,计算级联差频峰值功率和转换效率。十五阶峰值功率3.72 MW,泵浦光总能量到太赫兹辐射能量的转换效率是3.72%。     

Two-Directional CW THz Wave Generation System by Pumping With a Single Fiber Amplifier of Near-IR Lasers

We constructed a two-directional continuous-wave (CW) terahertz (THz) wave generation system with laser diode pumping. The generation method is based on difference frequency generation (DFG) of two near-infrared (NIR) lasers by excitation of phonon polaritons in a GaP crystal. The two NIR lasers for DFG are amplified simultaneously using one ytterbium-doped fiber amplifier (FA). Efficient beam overlapping of the NIR lasers was achieved on the GaP crystal surface. This system consists of a simple optical design with a single FA. Narrow linewidth CW THz waves, which are generated in two directions, can be applied to high-resolution spectroscopy.      

弱电离高超声速流场对太赫兹波传播影响

在再入飞行过程中生成的等离子体鞘套对电磁波传播的影响引起了很多的关注。包覆飞行器的等离子体鞘套通常为一团弱电离的气体。等离子体鞘套的存在会影响飞行器与地面间的通信,甚至带来通讯黑障问题。为了解决这一问题,进行了大量的研究并提出提高电磁波频率可以成为一种解决方式。随着可以生成高强度太赫兹源的设备出现,电磁波与等离子体间相互作用在微波波段的研究局限被打破,高频率的太赫兹波与等离子体间的相互作用也引起了更多关注。通过计算流体力学方法对包覆飞行器的热力学和化学动力学非平衡流体进行数值计算可以得到包覆高超声速飞行器的流场分布, 以此可以得到等离子体鞘套的电磁特性。通过数值计算得到四种飞行场景下的等离子体鞘套,并分析了不同传播路径下太赫兹波与等离子体鞘套的相互作用,结果表明:当飞行高度较低,鞘套等离子体密度较大时,太赫兹波具有穿过等离子体鞘套的能力,可以为通讯黑障问题的解决提供理论支持。     

共振声子THz QCL有源区结构设计

利用Airy函数代换与传输矩阵方法精确计算了有外加偏压下电子在共振声子太赫兹量子级联激光器有源区单个周期内的透射系数与波函数,得到了不同偏压下的电子波函数分布以及准束缚态能级位置与外加偏压的关系曲线.在仿真计算的基础上设计了一种共振声子太赫兹量子级联激光器的有源区结构.计算结果表明,对于设计的结构,当单个周期两端的外加...