基于激光诱导气体等离子体产生和探测太赫兹波的原理与方法研究
发布时间：2021-01-18 22:30
近年来,太赫兹波由于其特殊的物理和光学特性,如对常见材料的高穿透性、低光子能量、特殊的指纹图谱、以及强烈的水汽吸收等,在物质检测、无损检测、环境监测、医学研究、天文观测、安全检查、卫星通讯、雷达成像等诸多领域有着广泛的应用价值。随着超快激光技术和太赫兹科学技术的飞速发展,越来越多的高能量、宽频谱太赫兹波产生和探测方法已经被报道。其中太赫兹气体光子学方法,由于其极高的太赫兹波辐射强度和超宽的频谱宽度,有着其他方法难以比拟的优势。本论文围绕太赫兹气体光子学,主要研究了飞秒激光诱导气体等离子体产生与探测太赫兹波的方法与物理过程。本论文主要研究内容可以概括为下面四个部分:（1）系统研究了气体等离子体瞬态光电流模型,并将其拓展到外加磁场情况下。在双色激光场产生太赫兹波的基础上,提出了一种磁化等离子体产生偏振可调太赫兹波的方案。从理论上论述了太赫兹波从线性偏振变为椭圆或圆偏振的物理过程,并设计了相应的实验方案。该方案使用一个电容器-线圈靶器件,通过调节磁场泵浦激光的强度可以连续调节等离子体处磁场大小,接着达到连续调制太赫兹辐射的偏振的目的。而且该方案产生的偏振可调太赫兹波是宽频的,对于宽频圆偏和椭...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
太赫兹波在电磁波谱图中的位置
太赫兹波作为一种有着特殊辐射特性的电磁波，一直是国内外热门的研究课题随着近年来高功率太赫兹波的产生和探测技术的发展，太赫兹波在药品、化学、生物通信、成像等诸多领域得到了广泛的研究，并有着极为广阔的应用前景。早在 20年，美国政府就将太赫兹技术评为“改变未来世界的十大技术”之一。太赫兹波之以可以得到如此广泛的关注与应用，是由于它独特的物理与光学特性，下面列举了最突出的几种特性以及相关应用：（1）高穿透性。太赫兹波对常见的材料，例如纸张、布匹、木材等，以及许多密度介电材料有着很高的穿透性；但是对大部分金属材料的穿透性却很低。因此太兹波可以用于在可见光波段不透明物体的内部结构成像，目前已被应用于工业材料部缺陷检测、文物油画鉴伪等领域。图 1-2（a）为皮革公文包太赫兹成像，可以清地看到其内部的刀具、光盘等物件[10]。图 1-2（c）为油画的太赫兹成像，可以看到内部的破损情况[11]。
图 1-3 （a）脑肿瘤光学成像；（b）脑肿瘤太赫兹成像；（c）携带枪支的人体太赫兹成像（3）特殊的指纹图谱。在太赫兹带隙（0.1-10 THz）内，许多有机生物分子由于分子振动和转动能级间的跃迁，会产生特定的太赫兹吸收和散射图谱。利用太赫兹时域光谱系统（Terahertz Time-Domain Spectroscopy，THz-TDS）[13]，人们可以得到许多物质的太赫兹指纹图谱，可用于定性和定量的对药品、毒品、炸药等物质进行鉴别[14]。图 1-4（a）为美国 Zomega 公司研制的 Z3 时域光谱系统，其最大频谱范围为 0.1-4THz。图 1-4（b）为摇头丸、冰毒和阿司匹林的太赫兹特征吸收谱，这些毒品和药物的特征指纹谱之间有着明显的区别[15]，因此可以通过太赫兹指纹图谱来鉴别这些物质
【参考文献】：
期刊论文
[1]Theoretical investigation on generating terahertz radiation from gas plasma induced by three-color ultrashort lasers[J]. 王成亮,杨振刚,刘劲松,汪盛烈,王可嘉. Chinese Physics B. 2015(08)
[2]Intense broadband THz generation from femtosecond laser filamentation[J]. Tie-Jun Wang,Shuai Yuan,Yanping Chen,See Leang Chin. Chinese Optics Letters. 2013(01)
本文编号：2985779
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
太赫兹波在电磁波谱图中的位置
太赫兹波作为一种有着特殊辐射特性的电磁波，一直是国内外热门的研究课题随着近年来高功率太赫兹波的产生和探测技术的发展，太赫兹波在药品、化学、生物通信、成像等诸多领域得到了广泛的研究，并有着极为广阔的应用前景。早在 20年，美国政府就将太赫兹技术评为“改变未来世界的十大技术”之一。太赫兹波之以可以得到如此广泛的关注与应用，是由于它独特的物理与光学特性，下面列举了最突出的几种特性以及相关应用：（1）高穿透性。太赫兹波对常见的材料，例如纸张、布匹、木材等，以及许多密度介电材料有着很高的穿透性；但是对大部分金属材料的穿透性却很低。因此太兹波可以用于在可见光波段不透明物体的内部结构成像，目前已被应用于工业材料部缺陷检测、文物油画鉴伪等领域。图 1-2（a）为皮革公文包太赫兹成像，可以清地看到其内部的刀具、光盘等物件[10]。图 1-2（c）为油画的太赫兹成像，可以看到内部的破损情况[11]。
图 1-3 （a）脑肿瘤光学成像；（b）脑肿瘤太赫兹成像；（c）携带枪支的人体太赫兹成像（3）特殊的指纹图谱。在太赫兹带隙（0.1-10 THz）内，许多有机生物分子由于分子振动和转动能级间的跃迁，会产生特定的太赫兹吸收和散射图谱。利用太赫兹时域光谱系统（Terahertz Time-Domain Spectroscopy，THz-TDS）[13]，人们可以得到许多物质的太赫兹指纹图谱，可用于定性和定量的对药品、毒品、炸药等物质进行鉴别[14]。图 1-4（a）为美国 Zomega 公司研制的 Z3 时域光谱系统，其最大频谱范围为 0.1-4THz。图 1-4（b）为摇头丸、冰毒和阿司匹林的太赫兹特征吸收谱，这些毒品和药物的特征指纹谱之间有着明显的区别[15]，因此可以通过太赫兹指纹图谱来鉴别这些物质
【参考文献】：
期刊论文
[1]Theoretical investigation on generating terahertz radiation from gas plasma induced by three-color ultrashort lasers[J]. 王成亮,杨振刚,刘劲松,汪盛烈,王可嘉. Chinese Physics B. 2015(08)
[2]Intense broadband THz generation from femtosecond laser filamentation[J]. Tie-Jun Wang,Shuai Yuan,Yanping Chen,See Leang Chin. Chinese Optics Letters. 2013(01)
本文编号：2985779
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