太赫兹空气电离相干检测系统构建与应用研究

发布时间：2019-02-09 07:52

【摘要】：近年来,空气等离子体产生太赫兹波的研究受到广泛关注,与传统太赫兹源不同,空气作为太赫兹源没有声子共振和损伤阈值,在宽带太赫兹波产生方面具有无可比拟的优点,为炸药材料的太赫兹吸收光谱研究拓宽了视野。为研究空气等离子体产生太赫兹波技术的物理机制,本论文对窄带、宽带太赫兹源的发展进行了概述,对比分析了空气等离子体与光电导天线、电光晶体等太赫兹源的优劣势,并采用非线性四波混频模型和光电流模型进行理论分析,得出太赫兹辐射效率与双色激光脉冲强度和相位相关,从宏观和微观两个角度阐明了空气等离子体辐射太赫兹波的原理。基于理论分析和实验影响因素分析,设计并成功搭建了双色飞秒激光诱导空气等离子体产生太赫兹波的相干检测光学系统,研究了不同焦距透镜条件对等离子体成丝效果的影响和不同Zn Te晶体角度条件对太赫兹辐射效果的影响,最终系统调试完成测试得到太赫兹波有效带宽为2.0THz。在应用研究方面,自制了RDX、α/β-HMX三种炸药样品并开展太赫兹吸收光谱研究,获得了炸药样品在0.1THz~2.0Thz之间的太赫兹特征吸收峰。通过实验数据分析,该系统测得的炸药样品吸收谱与其他科研团队的实验结果基本吻合,从而验证了太赫兹空气电离相干检测系统的正确性和可行性。
[Abstract]:In recent years, the research on the generation of terahertz waves by air plasma has received extensive attention. Unlike traditional terahertz sources, air as a terahertz source has no phonon resonance and damage threshold, and has unparalleled advantages in the generation of broadband terahertz waves. The study of terahertz absorption spectrum of explosive materials broadens the field of vision. In order to study the physical mechanism of terahertz wave generation by air plasma, the development of narrowband and wideband terahertz sources is summarized in this paper, and the advantages and disadvantages of air plasma and photoconductive antennas, electro-optic crystals and so on are compared and analyzed. The nonlinear four-wave mixing model and photocurrent model are used for theoretical analysis. It is concluded that the terahertz radiation efficiency is related to the intensity and phase of the two-color laser pulse. The principle of terahertz wave radiated by air plasma is explained from macro and micro perspectives. Based on theoretical analysis and experimental analysis, a coherent detection system for THz produced by two-color femtosecond laser induced air plasma is designed and successfully constructed. The effects of different focal length lens conditions on plasma filament-forming effect and the effect of different Zn Te crystal angle conditions on terahertz radiation are studied. Finally, the effective bandwidth of terahertz wave is 2.0THz. In the applied research, three kinds of RDX, 伪 / 尾-HMX explosives were prepared and the terahertz absorption spectra were studied. The terahertz characteristic absorption peaks between 0.1THz~2.0Thz were obtained. Through the analysis of experimental data, it is found that the absorption spectrum of explosive samples measured by this system is in good agreement with the experimental results of other scientific research teams, which verifies the correctness and feasibility of the terahertz air ionization coherence detection system.
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O441.4

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