集成衍射微結(jié)構(gòu)的THz發(fā)射晶體的研究.pdf

1、超快 THz波輻射不僅僅是前沿的研究領(lǐng)域和交叉學(xué)科,同時在生物醫(yī)療診斷、國土安全以及地外空間探測等方面具有廣闊的應(yīng)用前景,因此提升超快THz波輸出功率以滿足各方面應(yīng)用的需求是目前擺在研究者面前的一項迫在眉睫的任務(wù)。本文旨在通過在 THz發(fā)射晶體上設(shè)計并加工微結(jié)構(gòu)衍射器件,以提高光學(xué)整流所產(chǎn)生THz波的輸出功率。論文主要工作如下:
　　首先,從理論上分析了光學(xué)整流中泵浦脈沖與 THz波的轉(zhuǎn)化過程,并推導(dǎo)THz輻射相應(yīng)的波方程。在此基

2、礎(chǔ)上指出現(xiàn)有的光學(xué)整流技術(shù)所用的THz波發(fā)射晶體通常在THz波段的折射率較高,很大一部分THz波因為菲涅爾反射損耗難以從發(fā)射器中耦合輸出。為了解決此問題,本論文設(shè)計了一種亞波長尺度的抗反射結(jié)構(gòu),通過等效介質(zhì)理論和矩陣傳輸理論數(shù)值模擬該增透結(jié)構(gòu)對THz波電場振幅的增透效果,同時分析結(jié)構(gòu)參數(shù)對增透效果的影響。
　　其次,采用飛刀切削方法在磷化鎵晶體上刻劃了不同尺度參數(shù)的抗反射結(jié)構(gòu)。利用THz波時域頻譜系統(tǒng)分別探測具有抗反射結(jié)構(gòu)部分與無

3、結(jié)構(gòu)部分的THz波發(fā)射譜和THz波透射譜,通過實驗驗證抗反射結(jié)構(gòu)的增透譜寬會隨著結(jié)構(gòu)周期的降低而變寬,增透效果會隨著結(jié)構(gòu)底角的增大而增大。最后利用Golay Cell探測器探測抗反射結(jié)構(gòu)對發(fā)射器整體輸出 THz波功率的提升效果,證實該結(jié)構(gòu)能夠在較寬頻帶范圍內(nèi)增透THz波,提升發(fā)射器對THz波的耦合輸出效率。
　　最后,脈沖波面傾斜是目前產(chǎn)生 THz波最高效的光學(xué)手段之一,然而目前常用系統(tǒng)中由于反射光柵使得入射光束變寬,需要使用帶透