基于等离子体镜的太赫兹单脉冲选择方法的研究

发布时间：2021-03-22 22:53

　　太赫兹技术从上世纪八十年代发展到当下,凭借其各种与众不同的优秀性质,已经成为一大热点。目前,科研技术人员对太赫兹相关的应用和研究已经渗透到诸多学科领域,包括成像、光谱分析、材料检测、天文观测、安保以及通信等技术。此外,随着自由电子激光技术的不断发展,太赫兹自由电子激光光源应运而生。相较于其他太赫兹光源,这种太赫兹光源具有很高的功率、重复频率以及效率,给太赫兹成像、光谱分析以及材料检测等技术领域带来极大的帮助。然而,对于生物、材料以及光谱学科中的两大类实验而言,往往在需要光源具有很高脉冲能量的同时还要求脉冲之间有着足够长的时间间隔以更好地研究一些超快过程。第一大类包含生物以及超导材料的诱导相变实验,这类实验要求很高的脉冲能量,而且还得尽可能地避免高重复频率与高平均功率所带来的热效应对实验造成的不利影响。第二大类涉及长寿命光激发态样品的实验,如果脉冲之间的时间间隔很短,那么就会出现相应的光激发态在自由电子激光脉冲周期的时间尺度上不能恢复平衡的问题,不利于超快过程的研究。因此,亟需为太赫兹自由电子激光寻找一种单脉冲选择方式,以在必要的时候降低其较高的重复频率。本文使用自诱导等离子体开关技术,... 

【文章来源】：中国工程物理研究院北京市

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１太赫兹开关ＶＣＳＥＬ原理图??

个开关凭借外部施加的电场以及光子带隙的动态变化而工作。利用平面波扩展法和时??域有限差分法对所提出的太赫兹波开关的特性进行了验证和分析。数值仿真结果表明，??这种太赫兹波开关具有很高的消光比［３４］。同年，美国的Ｐａｄｉｌｌａ等人提出了在ＥｒＡｓ／ＧａＡｓ??纳米岛超晶格衬底上制造的电谐振太赫兹平面超材料的光开关。超晶格中的光激发电荷??载流子使组成元素的电容区域分流，从而调节超材料的共振响应。ＥｒＡｓ／ＧａＡｓ超晶格??衬底中的快速载流子重组导致光开关能够实现２０ｐｓ的切换恢复时间如图１．２所示。??Ｉ?■?Ｉ?■?Ｉ?＊?Ｉ?■??１．０?＿?ａ．?４?￣１?￣Ｉ￣■?￣Ｉ￣１?￣Ｉ￣＞？—Ｉ￣１?￣?—??Ｉ：：：?＼ＩＪ－ｎｌＨ?■??Ｉ?〇．４二?／?＼：??｜?０．２?－?／?＾ｍｅ?（Ｐ￥）?－??５?〇■〇?＾???Ｉ?｜?，?｜?，?｜?，???－１０?０?１０?２０?３０??Ｔｉｍｅ?ｄｅｌａｙ?（ｐｓ）??图１．２归一化载流子浓度随时间延迟的变化曲线??法国的Ｔｉｂｅｒｉｏ团队于２００７年通过实验证明了双等离子体镜技术的可行性，当脉冲??在两个连续的等离子镜上反射时，通常在典型的Ｉ０ＴＷ激光系统上可以实现高于１０４的??对比度和５０％的透射率。该双等离子体镜在激光系统的末端使用，可保留初始光束的空??间轮廓，不受散粒波动的影响，适用于大多数高峰值功率的激光系统［３６］。同年，德国的??Ｎｏｍｕｒａ团队在等离子镜上呈现时间分辨的反射率测量结果，讨论了空间峰值和平均反??射率的详细表征，以及对于Ｐ偏振和ｓ偏振的反射脉冲的时空特性。实验证明ｓ偏振光??产生

Ｂ的消光比但是这种开关对于工作范围较宽的太赫兹光源来说适??用性较低。??２００９年，德国的Ｖｉｅｗｅｇ团队展不了第一个用于ＴＨｚ频率的电子可切换布拉格结??构，他们基于一维光子晶体的多膜反射效应设计出一种可以在６０ＧＨｚ调谐范围内对太??赫兹波进行调制的太赫兹波开关｜３９］。??韩国的Ｂｅｍｉｅｎ等人于２０１１年利用二氧化钒材料的相变特性，在二氧化钒薄膜上设??计纳米天线阵列，如图】．３所示。以此来实现外加电场控制的太赫兹波开关，在０．５２ＴＴＨＺ??可以得到９０％的开关效率，如图１．４所示。??（ａ）?（ｂ）????２０．???１０＾?■—Ｔｕｐ?”：呻?＞??＼?－？？Ｔ?ｄｏｗｎ?＊?’?ｖ６ｏｗｎ??Ｓ０８：?、＇＼?＜１５－?ｙ??〇〇「．．…ｉ?…ｉ－．?．?ｉ?ｉ?．?〇?■?Ｉ?Ｉ??＇???１???＇?????＇３０?４０?５０?６０?７０?８０?９０?１００?１１０?０?１００?２００?３００?４００?５００??Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?｛°Ｃ）?Ｖｏｌｔａｇｅ?（Ｖ）??（ｄ）?????－?／?ｊ?｜??ｖｏ２?ｊ??图１．３?（ａ）太赫兹通过未处理Ｖ０２薄膜的透射比随温度的变化曲线；（ｂ）外加电场控制??Ｖ０２相变；（ｃ）样品原理图；（ｄ）纳米天线阵列的扫描电镜图像??７??


本文编号：3094628