论文部分内容阅读
随着高分辨率太赫兹光谱及成像技术在生物医学、环境监测、反毒反恐应用中日趋重要,窄线宽可调谐连续太赫兹辐射源的研究与开发成为了人们关注的焦点。基于光子混频的光电导天线是一种重要的连续太赫兹辐射产生方式,它能将打在电极间隙的入射激光有效地转化成连续太赫兹波,还具有线宽窄、室温下工作、结构小巧紧凑、可调谐范围宽等优点。然而,受光电导天线辐射效率以及光子混频能量转换效率等因素的影响,国内目前还没有利用光电导天线实现光子混频连续太赫兹辐射与探测的实验报道。本文针对基于光子混频的连续太赫兹辐射产生及探测展开研究,主要包括:太赫兹偏振分束器的设计、制备及测试;基于光子混频的光电导天线连续太赫兹辐射源和探测器系统的设计、搭建及调试。本文的主要工作如下:(1)介绍了光电导天线的基本特性,分析了利用光电导天线辐射连续太赫兹波的光子混频原理,讨论了半导体激光器模式输出的动态特性。(2)太赫兹偏振器可以提高连续太赫兹波辐射系统的信噪比,本文利用商用软件COMSOL仿真了偏振分束器的性能,分析了常用的45°线栅偏振分束器的各项参数对其性能的影响。仿真结果表明:线栅占空比越大,周期越小,金属越厚,线栅偏振器的消光比越高。当入射角为Brewster角时,由于不受F-P干涉效应影响,偏振分束器的TM偏振透过率曲线消除了周期性波动,且反射消光比会有明显提高。最后,参照实验室现有制备系统工艺,设计并制备了一个周期为20μm、占空比为0.55的太赫兹偏振分束器。(3)基于返波管振荡器搭建了太赫兹偏振分束器透射/反射特性测试系统,测试结果表明:Brewster角时入射时TM偏振透过率是一条光滑曲线,且反射消光比在0.34THz处较45°入射时有14.5dB的提高。目前,国际上还没有关于Brewster角偏振分束器反射特性分析测试的相关报道。利用太赫兹时域光谱系统对所制备线栅的宽带透射特性进行测试,测试结果表明:在0.2-1.5THz频域内TM偏振透过率大于80%,透射消光比大于20dB。实验结果与仿真结果一致。(4)以光电导天线作为太赫兹辐射源和探测器,搭建了一个基于光子混频的连续THz辐射实验系统,在国内首次用该方法成功产生并探测了连续太赫兹辐射信号。通过调整两个半导体激光器输出激光模式的稳定性,调节两束拍频激光在空间的重合度以及对光电导天线特性进行优化等,成功获得了信噪比为40dB、频率为0.41THz的连续太赫兹波辐射与探测。实验结果分析表明目前半导体激光器输出单模的稳定性是影响系统信噪比的关键。