太赫兹频段材料光学参数测量技术研究

发布时间：2020-06-16 10:21

【摘要】：材料在太赫兹频段的光学参数是其在太赫兹领域应用的基础,但是由于长期以来太赫兹源与探测器的研究不够成熟,测量方法仍不够完善,太赫兹频段材料光学参数数据也相对缺乏,直接影响了太赫兹科学技术及应用的发展。随着近年来太赫兹技术的进步,新型太赫兹源、探测技术及太赫兹雷达、成像、光谱等应用领域的发展需要获得完备的材料光学参数信息,因此,太赫兹频段光学参数的测量工作也受到了越来越多的关注。本文正是基于此需求,开展了太赫兹频段光学参数的测量技术研究工作。本文主要研究了三种光学参数测量方法,分别为:1.太赫兹时域光谱(TDS)技术。利用太赫兹时域光谱所得到的电场强度及相位信息,根据菲涅耳方程等可获得材料的折射率、吸收系数等数据,对两种不同生长方式的磷锗锌(ZnGeP_2,ZGP)晶体进行了测量,得到了0.2-3THz范围不同偏振方向的光学参数信息。2.基于不含相位信息的远红外傅里叶光谱仪(FTIR)光谱测量数据,提出了基于多光束干涉原理的材料光学参数提取方法,对ZGP在0.5-6THz范围的光学参数进行了测量并与TDS测量结果进行了对比,验证了该方法的可行性并拓宽了光学参数的测量范围。3.对于透射模式无法测量的材料如金属等,研究了利用反射谱及Kramers-Kronig(K-K)关系获取材料光学参数的理论及方法。利用TDS测量的硅反射谱通过K-K关系计算得到的光学参数与透射式直接提取的光学参数进行比较,验证了K-K关系处理方法的可行性,并基于铝的反射谱数据成功获得了其太赫兹频段的光学参数。此外,利用CO_2激光抽运的太赫兹激光器搭建了一套迈克尔逊干涉仪实验测量系统,对2.52THz和3.11THz的太赫兹频谱进行了测量,系统频率分辨率为1GHz左右。测量结果显示,该太赫兹源为单色源并具有极窄的线宽,波长与激光器标称值进行对比具有很好的一致性。基于这套系统对干涉仪动臂目标的运动速度进行了测量,在匀速运动和变速运动情况下测量结果与设定值均相符。结果表明,迈克尔逊干涉仪可以用于精确测量太赫兹波源的频谱,同时配合单色太赫兹源可以准确测量目标速度,为太赫兹波段光谱、成像等领域的应用奠定基础。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O441
【图文】：

频率分布,太赫兹,频段,位置

处于光子学和电子学的过渡区域。THz 波的频率分布如图 1-1 所示。兹这个概念的提出，在时间上并不久远，在此之前，光学领域将该频段称为外光，而电子学领域则称其为毫米波和亚毫米波。太赫兹频段两侧的微波和频段的相关研究和技术已经较为成熟和完善，大量技术实现产业化且应用广是对于太赫兹技术来说，由于 THz 源和探测技术发展的限制，THz 频段曾是电磁波谱上的一个研究的空白区域，被称为太赫兹空隙（TerahertzGap）。多年来，THz 领域的研究进展突飞猛进，取得了巨大进步，但是仍然有许面亟待完善和深入。

太赫兹频段材料光学参数测量技术研究

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【参考文献】