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太赫兹波领域的研究多集中在太赫兹波产生、探测和成像等几个方面,关于太赫兹光波传输的研究较少相对较少。太赫兹脉冲在自由空间中传输时损耗很大,水等线性色散系统对太赫兹吸收很强;脉冲比及其他脉冲较宽的带宽导致的衍射效应,造成脉冲在空间传播过程中时域波形的不确定性的主要原因。因此太赫兹脉冲在线性色散系统中的传输特性具有很高的研究价值。本文在这方面做了些初步探讨,得到以下结果: (1)估算了氢原子(或类氢原子)中电子在不同能级做简谐振动的固有频率。采用光场下的非谐振子模型计算了线性极化,即一阶电极化率和复折射率。将电极化率、复折射率中分别对应色散的实部和对应吸收的虚部分离表示。结合各能级极化率、折射率与入射光频的关系图像,得出折射率可能是分立的结论。 (2)将上述模型应用到THz波段,计算得知THz波段所对应的复折射率,从而为THz波段光的高色散、高吸收提供了合理解释。 (3)首次尝试借用RLC电路中容抗理论,建立了新的谐振动-电容模型,给非谐振子模型中阻尼项以合理的物理意义,同时解决了非谐振子模型中由能极差所决定的吸收频率与共振吸收峰值对应频率不能吻合的问题。 (4)采用远场非傍轴近似,利用衍射的角谱理论,研究了THz脉冲宽带特性所导致的衍射效应,得到THz脉冲在线性色散系统中传播方程的一般表达式,并将其应用到包含任意时间波形的Gaussian光束中。 (5)推导并分析了任意时间波形THz脉冲在弱色散(或无色散)介质中的衍射场表达式。得出结论:衍射效应导致了时域和频域的偏移,这个偏移只在主轴上幅度较小;在其他方向,即使衍射角很小,偏移幅度也会很大。 (6)研究了THz超短脉冲在正常和反常群速度色散(group-velocitydispersionGVD)情况下的展宽。结果表明,展宽程度取决于衍射角和群速度色散的类型(即正常或反常GVD),且THz脉冲在反常色散介质中有更大的展宽。