電光取樣材料性能對THz光譜探測的影響.pdf

1、本論文主要研究電光晶體的性能對于THz脈沖探測的影響,這些電光晶體的性能主要包括：橫光學(xué)聲子頻率,介電常數(shù),折射率,吸收系數(shù)等。由于探測晶體本身性能的限制,使得其探測能力受到了很大的影響。我們常用到的ZnTe晶體橫光學(xué)聲子頻率在5.3THz處,靠近這個頻率的THz脈沖成分由于共振吸收而衰解,因此其可探測的最大頻率范圍被限制在0-5THz。在國外,用GaP晶體代替ZnTe晶體,可使其可探測頻率范圍擴(kuò)展到0-7THz。 本論文根據(jù)T

2、Hz脈沖與電光晶體相互作用的基本理論,通過用Matlab編程計算模擬了電光晶體性能對THz脈沖探測的影響。這項研究有助于THz初始脈沖的重建和探測晶體的選擇。另外,對于飛秒超快動力學(xué)的研究有助于對THz產(chǎn)生過程的深層了解。載流子壽命是影響THz脈沖頻譜寬度的重要原因之一,通過對載流子壽命的測量可以從一個側(cè)面了解THz輻射的譜寬特性。本論文完成了如下研究工作： (1) 根據(jù)相關(guān)理論用Matlab程序模擬了THz脈沖在介質(zhì)中的傳播特

3、性。THz脈沖在介質(zhì)中色散特性、THz脈沖在晶體界面的反射以及探測脈沖與THz脈沖的相位匹配會對THz脈沖波形產(chǎn)生影響。這些影響已在實驗中觀察到,通過理論上加以解釋和模擬,能夠使我們對THz脈沖波形的變化得以深刻地理解和修正。本文得到的一些結(jié)果包括:THz脈沖在介質(zhì)中的色散特性會導(dǎo)致THz脈沖中的高頻部分被吸收；THz脈沖晶體表面的反射會導(dǎo)致THz脈沖中的高頻分量被反射；相位匹配會影響探測到的THz脈沖波形。 (2) 模擬了不同

4、晶體對于高頻THz脈沖的探測特性。我們發(fā)現(xiàn)晶體中的橫光學(xué)聲子頻率是影響晶體探測性能的一個重要參數(shù),當(dāng)THz脈沖的頻率分布靠近探測晶體中的橫光學(xué)聲子頻率時,由于太赫茲波與晶體橫光學(xué)聲子發(fā)生共振而被吸收,使得探測到的THz頻譜在橫光學(xué)聲子頻率處出現(xiàn)凹陷。通過模擬我們發(fā)現(xiàn),橫光學(xué)聲子頻率較高的晶體,如GaP晶體等,對于高頻THz脈沖的探測性能會較高。 (3) 研究了飛秒脈沖激發(fā)THz脈沖的超快過程所涉及的物理機(jī)制；搭建了測量載流子壽命

5、的裝置,得到了半絕緣GaAs的載流子壽命,這一工作對于選擇THz發(fā)射極材料具有重要的參考價值。在測量過程中我們發(fā)現(xiàn),當(dāng)泵浦脈沖的強(qiáng)度和探測脈沖的強(qiáng)度為10:1時,測量效果會較好。我們所測得的半絕緣GaAs載流子壽命在0.5ps-0.6ps之間,同樣的我們可以研究其它半導(dǎo)體材料的載流子動力學(xué),從而對選擇THz發(fā)射極材料提供指導(dǎo)。綜上所述,本文考慮了影響THz脈沖探測的各個因素,通過理論分析和數(shù)值模擬,說明了這些因素對THz脈沖的探測所造成