基于太赫兹时域光谱技术检测电介质材料特性的研究

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太赫兹时域光谱系统是应用最广泛的光谱测量技术,是THz技术的典型代表。它直接记录了THz电场的振幅和相位信息,不需要经过复杂的克拉默斯-克勒尼希变换就能直接获得样品在THz波段的光学常数。它在物体成像、无线通信、材料的分析、化合物结构的判断和安全检测等方面显示出广阔的应用前景。对天文学、生物学、电磁学、材料科学、医学、工农业及反恐等领域也带来了深远的影响,在很多方面将成为远红外光谱技术和X射线的补充。本文围绕THz-TDS系统展开了一系列的工作,主要的内容及创新点包括以下两个方面:  1、搭建了透射型THz时域光谱系统,并对搭建的好的系统进行优化,研究GaAs光电导天线的外加偏压、电极间隙、激光脉冲参数,如光斑在天线电极间的位置、泵浦光功率、探测光功率对天线辐射THz波的影响。重点分析了激光器的中心波长对Si-GaAs光电导天线辐射THz波的影响;研究表明:光电天线辐射THz波的强度、峰值功率、有效谱宽都随中心波长的改变而改变,在短波长和长波长下都比较小,波长为800nm时达到最高,并从相位匹配方面证明了波长为800nm时,ZnTe晶体的探测效果最佳。  2、利用THz-TDS系统研究XLPE材料的老化程度。XLPE电缆在现今的高中低压输电系统中扮演着重要的角色,但是,由于其老化出现而引起的击穿事故屡屡发生,给人们的生活及经济带来了巨大的损失,所以研究其老化程度,抑制事故的发生就显得尤为重要。本文通过对不同老化条件下内、中、外三个不同位置的XLPE样品切片在THz波段的光谱分析及计算,得到XLPE电缆内部样品在THz波段的折射率和介电常数:实际运行一年的样品其折射率和介电常数最大,分别为1.539和2.37,而加速老化10和20天的样品的介电常数和折射率较小,对于中部和外部绝缘层而言有相同的变化规律。研究表明:电缆的老化程度与电缆材料在THz波段的介电常数和折射率有关,介电常数和折射率越大,样品的绝缘性能越好,则其老化程度越低,反之亦然。所以实际运行一年的电缆样品其老化程度较低,而加速老化10天和20天的电缆样品老化程度较高。
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