光电导THz辐射源相干合成及应用研究

发布时间：2017-12-13 11:20

  本文关键词：光电导THz辐射源相干合成及应用研究

  更多相关文章： 太赫兹电磁波 光电导天线阵列 相干合成 交联聚乙烯 老化特性

【摘要】：光电导太赫兹(THz)辐射源作为一种常用的THz电磁波辐射源,具有辐射频带宽、性能稳定的特点,是目前产生THz电磁波的重要方法之一,已经在THz时域光谱系统(THz-TDS)中得到了广泛应用,其中,GaAs光电导天线是使用最普遍的一种光电导THz辐射源。然而,如何提高单个GaAs光电导天线及其天线阵列的辐射功率,在国际上一直都是人们努力的目标。本论文研究了 GaAs光电导天线阵列辐射THz电磁波的相干合成问题,采用时域有限积分(FIT)方法对GaAs光电导天线及其天线阵列的辐射特性进行了仿真计算,并利用THz-TDS技术分析了交联聚乙烯(XLPE)高压绝缘电缆材料的老化特性,具体的研究工作如下:(1)GaAs光电导天线阵列辐射THz波的相干合成。利用THz-TDS系统研究了 GaAs光电导天线阵列的辐射特性,采用对各个阵元的电源隔离和增大各阵元间距的方法,有效地消除了相邻两天线单元之间反向电场的影响,提高了天线阵列辐射THz电磁波的辐射效率,首次用天线阵列实现了相干合成。由于GaAs光电导天线辐射的是0-3THz的宽光谱电磁波,当天线阵列的各个阵元被同时激发时,各个阵元所辐射的THz波在相同频率点的相位差都相同,形成相干叠加;而各个阵元所辐射的不同频率点的THz电磁波也会相互累加。对于2×2天线阵列,在THz-TDS系统上测量得到的时域波形的电场强度峰值是单个天线的4倍。利用高莱功率探测器研究了天线阵列的辐射功率,2×2天线阵列的4束THz波相干合成后,经离轴抛物面镜聚焦在高莱功率计上的光斑直径只有3mm,而高莱的光敏面直径为6mm,相干加强和相干减弱的区域无法分辨,因此,高莱功率计测到的是THz波能量的平均效果,2×2天线阵列的辐射功率是单个天线的4倍,其功率密度是单个天线的42倍。(2)数值计算与仿真软件模拟相结合,研究GaAs光电导天线阵列的辐射特性。现有的微波计算软件,激光不能直接作为激励信号,本论文根据半导体材料的特性,以电流瞬冲模型计算所得GaAs光电导天线产生的电流作为激励信号,利用时域有限积分方法对GaAs光电导天线及其天线阵列的辐射特性进行仿真计算,分析了天线阵列辐射THz波相干合成的特性。结果表明,具有高介电常数的GaAs衬底材料有助于增强THz波辐射的方向性,提高辐射强度;4个天线单元构成的光电导天线阵列远场辐射强度是单个天线的4倍,为实现GaAs光电导天线宽光谱多阵元相干合成奠定了理论基础。(3)研究了 XLPE绝缘电缆材料的老化特性。首次利用THz-TDS技术研究了 XLPE绝缘电缆材料的老化特性,在热老化因子的影响下,热氧化反应过程中产生的羟基不断增加,C-H链不断减少,大量的XLPE大分子结构断裂,交联度降低;在THz频率范围内,随着老化程度的提高,XLPE绝缘材料的介电常数随之减小,表明THz-TDS技术可以作为绝缘材料老化测试的新方法。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O441.4;TN820.15

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本文编号：1284970