全固态皮秒THz波参量振荡器的优化设计

针对全固态皮秒THz波参量振荡器,设计了一种蝴蝶型腔结构.并采取优化设计MgO:LiNbO3(MgO:LN)晶体掺杂浓度、耦合输出方式和最佳晶体长度及提高THz波的转化效率等措施,实现全固态皮秒THz波参量振荡器的高性能运转.计算结果为全固态皮秒THz波参量振荡器基于MgO:LN晶体差频产生可调谐THz波辐射的实验研究提供进一步深入的理论基础.     

Terahertz波参量振荡器辐射THz波的理论研究

从固体的元激发理论出发,应用声子的受激散射原理,阐述通过激光抽运LiNbO3晶体产生THz波的参量过程的机理.按照Henry和Garrett的波耦合方法并考虑LiNbO3晶体对THz波的吸收损失,进行推理计算得出THz波参量增益计算式.     

基于MgO:LiNbO3晶体的THz波参量振荡器理论设计

基于晶格振动模受激电磁耦子散射过程的基本原理,对由MgO:LiNbO3(LN)晶体组成的THz波参量振荡器(TPO)的频率调谐特性、增益和吸收特性以及角度匹配方式等方面进行理论研究和分析。研究结果表明,基于MgO:LiNbO3晶体1对称性晶格振动的特点以及优良的非线性光学特性,通过采取适当提高泵浦光功率密度、缩短TPO谐振腔腔长、优化设计晶体尺寸、晶体输出端切角耦合(Angled Surface Coupler,ASC)等方法,完全可以实现LN-TPO的高性能运转。     

基于VO2电阻膜的太赫兹波段可调超宽带超材料吸波体设计

利用VO_2(二氧化钒)薄膜的电导率可调特性设计了一种太赫兹波段可调超宽带超材料吸波体.首先,模拟计算了不同温度时吸波体的吸收率,结果表明,当温度为45℃时吸波体在2.854 THz～8.938 THz的吸收率保持在90%以上,实现了电磁波的超宽带吸收;当温度从45℃逐渐增加到80℃时,吸波体在2.854 THz～8.938 THz的吸收率逐渐下降,实现了吸收率可调的功能;其次,通过对表面电流分布进行监控与分析,阐述了其电磁波宽带吸收及吸收率可调的机理;最后,模拟分析了温度为45℃时,入射波极化状态和入射角度对吸波体吸收特性的影响.结果表明,由于结构单元的旋转对称性,吸波体的吸收特性具有极化不敏感的特点;随着电磁波入射角度的增大,其吸收率逐渐降低.     

铁基超导体Minimum模型中的d-波和扩展s-波

对比研究了Minimum模型中d-波配对和扩展s-波配对的基本性质.结果表明,超导序参量按类BCS关系随温度变化,重整化参数t对超导有抑制作用,当t足够大时,超导消失,系统进入正常金属相.在低能区,d波和扩展s波超导体在能隙内都有态密度的存在,态密度随能量线性变化;扩展s波超导体的熵随温度的降低比d波超导体快,二者的比热都随温度呈近似线性变化关系.     

加载二氧化钒的太赫兹宽带可调超材料吸波体设计

为了实现太赫兹波调制器件对太赫兹波的快速响应,设计一种基于二氧化钒(VO_2)电阻膜的太赫兹波段宽带可调谐超材料吸波体,研究不同温度时吸波体的吸收率,并通过监控表面电流分布,分析吸波体宽带吸收以及可调吸收的机理。结果表明:吸波体在温度为35℃时表现出宽带吸收特性,吸收率大于90%的频段频率为6.508～9.685 THz,带宽为3.177 THz,通过改变温度可以实现吸波体吸收率的调控;该吸波体对电磁波的吸收具有极化不敏感和宽角度吸收的特点。     

基于狄拉克半金属及氧化钛酸锶的双调控THz吸波体研究

提出了一种由狄拉克半金属贴片阵列、氧化钛酸锶介质层和金属接地板组成的温度和费米能量双调控的太赫兹(THz)吸波体.计算结果表明,将狄拉克半金属的费米能级从10 meV调至40 meV,吸收频率在2.36～2.42 THz之间变化,吸收峰大于99％.当氧化钛酸锶的温度在200～350 K之间时,吸收中心频率从1.86 T...     

基于Dirac半金属和水的宽带太赫兹吸波体

本文提出了一种基于体Dirac半金属(BDS)和水的太赫兹(THz)双可调谐宽带超材料吸波体.与传统的单控吸振器不同,此吸波体可以通过温度和费米能级进行调节.模拟结果表明,当水和BDS的温度和费米能级分别调整在15℃和30 meV时,吸波体在2.97～6.11 THz频率范围内吸收率均大于90%.与没有注入水或没有BDS组件的吸波体相比,吸收率在90%以上的带宽有了明显提高.此外,通过调节水的温度或BDS的费米能量,吸波体的吸收带宽和强度可以独立或联合控制,而无需重新设计器件.利用水的介电常数可通过温度来调节的特性,以及BDS可通过费米能量来控制的特点,我们解释了双控吸波体的作用机理.本文采用场分析的方法来研究和阐明宽带吸收的物理机理.基于此吸波体优异的性能,本文的研究结果可能在热探测器和太赫兹成像领域有潜在的应用价值.     

三光子参量系统中的非线性波-波相互作用

本文从非平衡统计理论出发,讨论了三光子参量系统中泵浦波、信号波和空闲波之间的非线性波-波相互作用。结果表明,在三光子参量过程中也存在着一个临界值,即阈值,且当驱动强度超过临界值之后,便呈现出从无序到有序的转变。     

基于狄拉克半金属超材料的太赫兹吸波体研究

设计了一种基于狄拉克半金属的超材料太赫兹宽频及双频吸波体.该吸波体由三层结构组成,上层为狄拉克半金属层,中间为介质层,底层为金属基底.首先设计了U型的单峰吸波体,该吸波体能够实现在6.02THz处的完美吸收.通过研究单峰吸波体的表面电流分布可知,入射太赫兹能量的吸收主要来自沿U型臂方向上电场引起的电偶极子振荡.然后通过多个吸收峰叠加扩展带宽的原理,设计出了双频和宽频吸波体.仿真结果表明,本文设计的双频吸波体能够在5.33THz和5.86THz处实现94.7%及91%的吸收率,宽频吸波体在5.59THz到5.90THz之间吸收率可达90%以上.同时,利用狄拉克半金属电导率的可调节性,通过改变狄拉克半金属的费米能级,无需优化几何结构和重新制造结构,便可以实现共振吸收峰频率的动态调谐.     

太赫兹时域光谱技术

介绍了太赫兹时域光谱技术的优势,太赫兹时域光谱系统及太赫兹时域光谱技术的原理和应用.     

Terahertz semiconductor-heterostructure laser

Semiconductor devices have become indispensable for generating electromagnetic radiation in everyday applications. Visible and infrared diode lasers are at the core of information technology, and at the other end of the spectrum, microwave and radio-frequency emitters enable wireless communications. But the terahertz region (1-10 THz; 1 THz = 10(12) Hz) between these ranges has remained largely underdeveloped, despite the identification of various possible applications--for example, chemical detection, astronomy and medical imaging. Progress in this area has been hampered by the lack of compact, low-consumption, solid-state terahertz sources. Here we report a monolithic terahertz injection laser that is based on interminiband transitions in the conduction band of a semiconductor (GaAs/AlGaAs) heterostructure. The prototype demonstrated emits a single mode at 4.4 THz, and already shows high output powers of more than 2 mW with low threshold current densities of about a few hundred A cm(-2) up to 50 K. These results are very promising for extending the present laser concept to continuous-wave and high-temperature operation, which would lead to implementation in practical photonic systems.     

基于纳米复合材料的太赫兹滤波器研究

为了克服高阻硅片过低的太赫兹透过率和激光阈值,通过放电等离子体烧结(SPS)工艺制备了一种新型纳米复合材料,可以作为透过太赫兹波、隔离飞秒激光的高效太赫兹滤波器件.器件整体设计原理主要基于瑞利散射,粒径100nm左右的纳米颗粒可以选择性地使太赫兹波高效透过,透过率最多达90%,远超高阻硅片50%的透过率,并且可以散射掉大部分波长为800nm的高能激光.器件由太赫兹频段吸收率很低的金刚石纳米颗粒和真空球磨得到的高阻硅颗粒组成,金刚石的高熔点提高了激光阈值,疏松多孔的结构进一步减少了太赫兹波段菲涅尔反射损失,器件整体性能优异.     

太赫兹振荡器件之间同相位锁定机制的研究

本文详细研究了平面纳米耿氏振荡器的耦合特性。研究表明:把两个器件直接并联组成阵列时，由于器件间的耦合较弱，两器件无法协同工作，因而输出信号随时间无规波动；为此我们通过在器件间引入额外的表面栅，利用栅极偏压增强耦合，使得器件工作处于基波相位锁定状态，从而输出幅度稳定、工作频率约为0.37 THz的信号。通过对器件沟道内部电子浓度的进一步分布分析，我们发现器件同相位锁定机制的微观实质为两沟道内部动力学偶极畴处于同步状态。由于双器件阵列的输出信号幅值为单器件的两倍，因此这种结构设计可以提升器件的输出功率。     

太赫兹科学技术及其应用研究

太赫兹技术是一个具有广泛应用前景的新兴学科,近10年来,太赫兹技术理论研究的蓬勃发展带动了太赫兹波应用研究的迅速扩大。文章简要介绍了太赫兹波的重要特性集、太赫兹技术的研究现状及应用前景,重点介绍了太赫兹科学技术在物体成像、生物医学、公共安全、网络通信和天文物理等领域的研究进展。     

太赫兹技术的研究和展望

太赫兹(THz)波是指频率在0.1—10THz(波长为3 000—30μm)范围内的电磁波,它在电磁波谱中占有很特殊的位置,处于电子学向光子学的过渡区域.THz辐射具有很多优越的特性,具有重要的学术价值和应用价值.本文介绍了太赫兹探测技术的研究与发展概况,简要阐述了太赫兹波的探测方法、主要特点、重要的学术应用价值和主要产品,并综述了国内外在太赫兹波领域的研究进展,对未来的发展与应用进行了乐观的展望.     

爆炸物太赫兹谱的研究

对单质炸药环RDX以及多种以RDX为主体成分的混合炸药进行了不同形态样品的太赫兹(THz)谱的实验测量. 利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)给了在0.2-2.5THz范围内炸药样品在不同形态下的吸收系数.结果发现,单质炸药RDX,以及多种以RDX为主体成分的混合炸药具有相同的特征吸收峰;聚乙烯没有特征吸收峰;炸药粉末状样品对THz的吸收相对于片状的样品来说较强.实验结果显示,利用THz-TDS技术可以对单质炸药以及以其为主体成分的混合炸药进行检测和识别.