太赫兹时域光谱与新颖太赫兹薄膜器件的研究

发布时间：2017-05-28 16:10

  本文关键词：太赫兹时域光谱与新颖太赫兹薄膜器件的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：太赫兹时域光谱技术以及太赫兹波段的功能薄膜与器件是当前国际上太赫兹研究领域的热点。本文首先研究了太赫兹时域光谱测量的原理及其应用,着重关注生物和液体样品在反射测量中所遇到的关键问题,并提出了两种解决该问题的新颖方法,深入分析了相关液体样品与太赫兹波的相互作用机制。其次研究了太赫兹波段的透明导电薄膜反射镜和基于导电薄膜的减反射膜,并探索了它们在太赫兹时域光谱测量中的应用。本文的主要内容和创新点如下:1、针对生物和液体样品的太赫兹时域光谱的反射测量中遇到的来自载物基片下表面的反射波对来自载物基片上表面的样品反射波的干扰问题,提出了两种解决该问题的新颖方法,有效地提高了样品信息的测量精度。方法一是参考基片法,该方法使用一块与载物基片相同材料特殊厚度的基片去获取一个参考反射波,该参考反射波被用来消除反射测量中遇到的干扰。方法二是减反射膜法,该方法使用减反射膜来消除反射测量中遇到的干扰。这两种方法的主要优点是操作步骤简洁且测量精度较高,并可推广到不同入射角的太赫兹时域光谱反射测量系统中。2、运用琼斯矩阵理论建立了太赫兹时域光谱的反射测量中太赫兹波的传播模型。借助该模型,精确地计算出被测液体样品在太赫兹波段的光学参数。结合相应的理论对实验结果进行分析,获得了被测液体样品的介电常数和弛豫时间等关键参数。通过这些参数,深入理解了太赫兹波与液体的相互作用机制,有助于下一步模拟与仿真太赫兹波在生物组织中的传播过程。3、提出了一种太赫兹波段的掺铝氧化锌(AZO)薄膜反射镜。这种AZO薄膜反射镜不仅在太赫兹波段具有高反射率,而且在可见光波段具有高透射率。理论分析了该反射镜的原理,通过实验检验了其在太赫兹波段的高反射率的性能和在可见光波段的高透射率的性能。在太赫兹系统中,常用的反射镜一般是金属反射镜,其通常采用贵金属制备,导致成本较高价格昂贵。与金属反射镜相比较,AZO薄膜反射镜不仅具有优异的光学性能,而且其使用的原料来源丰富且价格便宜。因此AZO薄膜反射镜在大规模应用中可显著降低应用成本。在激光与太赫兹波共存的太赫兹光学系统中,这种AZO薄膜反射镜可以优化系统的光路,具有极高的应用价值。为了检验AZO薄膜反射镜在太赫兹系统中的应用,本文将AZO薄膜反射镜应用在固体样品的太赫兹时域光谱的反射测量中,并通过实验验证。4、研究了在太赫兹波段下基于导电薄膜的减反射膜。使用AZO薄膜和超薄金属薄膜制备出太赫兹波段的减反射膜,并检验了这类减反射膜的性能。这类减反射膜不仅具有太赫兹波段的优异减反射性能,而且可有效地消除在太赫兹器件中由不同材料之间的折射率不匹配所引起的多余反射的干扰,提高太赫兹系统的性能。在减反射膜的基础上,首次提出了一种使用减反射膜的新颖方法,解决反射测量中遇到的干扰问题。该方法应用在生物和液体样品的太赫兹时域光谱的反射测量中,可有效地消除来自载物基片下表面的反射波对来自载物基片上表面的样品反射波的干扰,提高样品信息的测量精度。这类减反射薄膜与基于超材料和纳米结构的减反射薄膜相比较,其制备方法简单且成本低廉,适合大规模应用。
【关键词】：太赫兹时域光谱 参考反射波 掺铝氧化锌 减反射膜
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O441.4
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 太赫兹波的物理性质12-13
• 1.2 太赫兹波的产生和探测13-15
• 1.3 太赫兹时域光谱技术的研究背景及其进展15-18
• 1.4 太赫兹波段反射镜的研究背景及其进展18-20
• 1.5 太赫兹波段减反射薄膜的研究背景及其进展20-23
• 1.6 本文的创新点与主要工作23-26
• 1.6.1 选题依据23-24
• 1.6.2 主要研究内容24
• 1.6.3 本论文内容安排24-26
• 第二章 太赫兹时域光谱的测量原理及两种新颖的测量方法26-54
• 2.1 引言26
• 2.2 太赫兹时域光谱的透射测量26-32
• 2.2.1 固体样品时域光谱的透射测量原理26-29
• 2.2.2 生物和液体样品时域光谱的透射测量原理29-32
• 2.3 太赫兹时域光谱的反射测量及两种新颖的测量方法32-53
• 2.3.1 反射测量生物和液体样品遇到的关键问题32-34
• 2.3.2 提出两种新颖方法解决反射测量遇到的问题34-37
• 2.3.3 太赫兹时域光谱的反射测量建模37-53
• 2.3.3.1 琼斯矩阵理论37-40
• 2.3.3.2 生物和液体样品时域光谱的反射测量建模40-47
• 2.3.3.3 固体样品时域光谱的反射测量建模47-53
• 2.4 本章小结53-54
• 第三章 太赫兹时域光谱实验及太赫兹波与液体的作用机制分析54-74
• 3.1 引言54-55
• 3.2 固体样品光谱的透射测量实验55-59
• 3.2.1 透射测量固体样品的时域波形55-57
• 3.2.2 基于透射实验计算固体样品的光学参数57-59
• 3.3 液体样品光谱的反射测量实验59-67
• 3.3.1 反射测量液体样品的实验仪器59-61
• 3.3.2 参考基片法与传统方法的对照实验61-65
• 3.3.3 基于反射实验计算液体样品的光学参数65-67
• 3.4 极化液体与太赫兹波的作用机制分析67-72
• 3.4.1 水与太赫兹波的作用机制67-70
• 3.4.2 相关极化液体与太赫兹波的作用机制70-72
• 3.5 本章小结72-74
• 第四章 AZO薄膜反射镜的研究及应用74-90
• 4.1 引言74-75
• 4.2 太赫兹反射镜的原理75-82
• 4.2.1 金属反射镜的原理75-78
• 4.2.2 AZO薄膜反射镜的原理78-82
• 4.3 AZO薄膜的制备及测试82-83
• 4.4 AZO薄膜反射镜的性能测试83-86
• 4.5 AZO薄膜反射镜在太赫兹时域光谱反射测量中的应用86-89
• 4.5.1 固体样品时域光谱的反射测量实验86-89
• 4.6 本章小结89-90
• 第五章 基于导电薄膜的减反射膜的研究及应用90-112
• 5.1 引言90
• 5.2 太赫兹波段减反射薄膜的理论90-96
• 5.2.1 干涉理论90-92
• 5.2.2 波阻抗匹配理论92-96
• 5.3 AZO薄膜的减反射性能的研究96-104
• 5.3.1 AZO薄膜的减反射分析96-101
• 5.3.2 AZO薄膜的减反射性能测试101-104
• 5.4 金属薄膜的减反射性能测试104-108
• 5.5 减反射薄膜在太赫兹时域光谱反射测量中的应用108-111
• 5.6 本章小结111-112
• 第六章 全文总结与展望112-115
• 6.1 全文总结112-113
• 6.2 本论文研究工作的主要创新113
• 6.3 展望113-115
• 致谢115-116
• 参考文献116-128
• 攻读博士学位期间取得的研究成果128-129

【参考文献】

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1 Bradley Ferguson,张希成;太赫兹科学与技术研究回顾[J];物理;2003年05期

  本文关键词：太赫兹时域光谱与新颖太赫兹薄膜器件的研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：402997