基于太赫兹量子阱探测器的太赫兹量子级联激光器发射谱研究

采用一个光谱匹配的太赫兹(THz)量子阱探测器(QWP)研究了一激射频率约为41 THz的THz量子级联激光器(QCL)在不同驱动电流下的发射谱,分析了测量得到的发射谱谱型和谱峰位置,根据测量的发射谱估算了太赫兹量子级联激光器发射功率随驱动电流变化的情况,从而得到了THz QCL激射的电流密度范围及其阈值电流密度.文中还研究了THz QWP在不同温度下对THz QCL 激光辐射的响应特性.研究结果表明,THz QWP在表征THz QCL的发射谱方面是一种很好的探测器,并有望成为未来THz通信中的接收装置. 关键词： 太赫兹量子阱探测器 太赫兹量子级联激光器 太赫兹通信 Fourier变换红外光谱     

基于太赫兹量子阱探测器的太赫兹量子级联激光器发射谱研究

采用一个光谱匹配的太赫兹(THz)量子阱探测器(QWP)研究了一激射频率约为41 THz的THz量子级联激光器(QCL)在不同驱动电流下的发射谱,分析了测量得到的发射谱谱型和谱峰位置,根据测量的发射谱估算了太赫兹量子级联激光器发射功率随驱动电流变化的情况,从而得到了THz QCL激射的电流密度范围及其阈值电流密度.文中还研究了THz QWP在不同温度下对THz QCL 激光辐射的响应特性.研究结果表明,THz QWP在表征THz QCL的发射谱方面是一种很好的探测器,并有望成为未来THz通信中的接收装置.     

基于光放大的长脉冲抽运太赫兹激光

为了获得较窄增益带宽、较大光强的太赫兹辐射,尝试了利用TEA CO₂激光器对6 W可调谐连续波CO₂种子激光实行双程光放大实验,以期望获得长脉冲、高峰值功率的抽运光.通过实验,获得了大约30倍的放大系数,放大光输出功率随种子光注入功率的增加而增加,其中10 P （20）支线表现更加突出,并且被放大的激光支线半峰全宽在14 μs左右.基于这种长脉冲抽运源,建立了一种产生脉冲太赫兹的动力学模型,给出了产生太赫兹辐射的饱和抽运光强表达式,确定了抽运光的光强范围.另外, 关键词： 激光物理 长脉冲 动力学模型 太赫兹激光     

太赫兹生物效应的原理和应用

太赫兹技术在过去数十年间发展迅速,作为一种强大的生物大分子表征工具,太赫兹光谱和成像技术展现了其在诊断医学和临床医学中的广阔前景。通过太赫兹光谱系统可以对生物样本的特定成分进行定量分析,类似地,太赫兹成像系统可以给出样品中待测成分的空间分布。以太赫兹光学系统的类型为索引综述了太赫兹诊断医学方面一些具有代表性的研究,并从生物个体、组织、细胞到生物大分子的层面介绍了一些太赫兹生物效应的研究。尽管太赫兹临床医学领域仍处于尝试和初步探索的阶段,但已经呈现了很多具有应用潜力的开创性研究,如太赫兹辅助靶向药物跨膜运输和太赫兹癌细胞DNA去甲基等,为太赫兹技术的生物医学应用奠定了基础。最后总结太赫兹生物效应的研究现状,对该领域的重点研究方向和可能的突破点进行分析展望。     

锥形太赫兹量子级联激光器输出功率与光束特性研究

针对锥形太赫兹量子级联激光器, 利用有限差分波束传播法和速率方程法, 建立了准三维的太赫兹有源器件仿真模型, 能够对具有轴向非线性波导结构的激光器进行模拟. 利用此模型, 研究了锥角大小对激光器输出光功率及光束质量的影响. 仿真结果表明, 考虑到器件之间的光耦合效率, 为了达到最大的有效输出光功率, 锥形太赫兹量子级联激光器的锥角存在一个最优值.     

基于密度泛函理论的盐酸罂粟碱太赫兹振动光谱计算与分析

为了进一步探究太赫兹振动光谱的理论机理,为违禁药品的太赫兹光谱检测提供完善合理的科学依据,本文以盐酸罂粟碱为例,基于第一性原理的密度泛函理论计算方法,利用BLYP、LC-BLYP、B97-XD、B3LYP和CAM-B3LYP函数并结合6-311++G（d,p）基组,分别讨论其分子构象并对盐酸罂粟碱的光谱吸收特性和振动模式进行了表征和分析。计算结果表明,盐酸罂粟碱是以异喹啉N原子上的质子化阳离子和两个最低质子化构象的形式存在的。四个指纹峰中有三个是由能量最低的分子构象共振引起,另一个是由第二个最低能量的分子构象共振引起的。在该方法中,LC-BLYP函数被证明是五个函数中最合适的一个。研究表明,太赫兹时域光谱技术可以有效地检测非法药物,采用密度泛函理论合理计算振动频率,可以为今后违禁药品及各种衍生物的检验提供依据。     

基于石墨烯的太赫兹器件研究进展

石墨烯是一种零带隙二维的半导体材料, 具有极高的载流子迁移率, 优异的机械、电学、热学和光学等性能. 在太赫兹辐射源、调制器和探测器件的研究中, 石墨烯材料具有独特的优势. 本文以石墨烯材料在太赫兹辐射源、调制器以及探测器等器件方面的应用为主, 综述了石墨烯太赫兹器件的最新研究进展.     

光抽运多层石墨烯太赫兹表面等离子体增益特性的研究

本文建立了光抽运多层石墨烯表面等离子体模型,计算了光抽运多层石墨烯等离子体传播系数的实部和吸收系数,讨论了动量弛豫时间、温度、层数、准费米能级对表面等离子体传播系数的实部和吸收系数的影响.研究结果表明,光抽运多层石墨烯使其动态电导率的实部在太赫兹频段内出现负值时,石墨烯表面等离子体实现增益.通过光抽运剥离层石墨烯和含有底层石墨烯结构表面等离子体传播系数和吸收系数比较,表明光抽运剥离层石墨烯能更有效地实现表面等离子体的增益.同时,在低温下,光抽运具有合适层数的石墨烯比光抽运单层石墨烯能获得更大的表面等离子体增益.     

基于太赫兹时域光谱技术的伪色彩太赫兹成像的实验研究

提出了一种伪色彩太赫兹成像技术. 通过引入频域色彩区间积分, 建立了一套基于太赫兹时域光谱技术的伪色彩太赫兹成像系统, 实验分别研究了乳糖和对氨基苯甲酸两种不同白色化学粉末的伪色彩成像和灰度成像, 研究了不同颜色区间定义对伪色彩图像的影响, 讨论了利用不同频率信息成像系统所能达到的空间分辨率. 研究结果表明, 伪色彩成像技术可以将不同的物质信息同时成像在一张太赫兹图像中, 通过不同物质在太赫兹图像中呈现出的颜色差别来区分不同的物质及其分布. 克服了传统的太赫兹灰度成像技术中, 需要多张图像来区分不同的物质的问题, 提高了成像速度, 降低了筛选难度. 利用高频信息进行伪色彩成像, 可以将系统成像的空间分辨率提高到0.4 mm. 伪色彩成像方式可以更直观快捷地显示样品的基本属性, 对于实现太赫兹安检的初检和快速筛选具有重大的现实意义.     

基于太赫兹量子级联激光器的无线信号传输的实现

文章采用连续波激射的太赫兹量子级联激光器(THz QCL) 为发射端、光谱匹配的THz量子阱探测器(THz QWP) 为接收端, 搭建了基于THz波的无线传输演示系统. 测量并分析了该演示系统的传输带宽. 采用搭建的无线传输系统演示了基于4.13 THz电磁波的图片文件的无线传输过程, 得到了与源文件一致的结果, 验证了采用THz QCL和THz QWP进行THz信号无线传输的可行性.最后, 分析了演示系统的传输速率, 给出了提高系统传输速率的方法.     

组氨酸和精氨酸的太赫兹光谱研究

采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)测试和理论模拟相结合的方法，研究了组氨酸和精氨酸在THz波段的光谱特性.THz-TDS测试的有效光谱范围为0.2—2.8 THz，在该波段得到样品的特征吸收峰分别位于0.88，1.64，2.23 THz(组氨酸)和0.99，1.47，2.60 THz(精氨酸)；运用Gaussian03半经验理论PM3和AM1算法，计算了两种分子在0.1—10.0 THz波段的振动吸收谱，结果表明它们在该波段均具有多个特征吸收，其中在0.2—2.8 THz波段的吸收峰位与实验吸收峰位相互对应并且符合较好；给出了与光谱特征吸收对应的分子振转模型，为认识分子对THz波的响应机制提供了帮助，也为分子鉴别及更宽有效光谱区的实验测试研究提供了科学依据. 关键词： 太赫兹(THz) 半经验理论 THz时域光谱 氨基酸     

超薄金属膜在太赫兹波段的光学特性研究

超薄金属膜在太赫兹波段的探测器、反射镜、波导器件以及太赫兹量子级联激光器中得到了广泛应用。超薄金属膜的光学常数不仅是这些器件设计中不可缺少的参数,而且是开发新型光电材料的一个重要依据。文章运用太赫兹差分时域光谱技术对超薄金属铬、镍和钛膜的光学特性研究,获得其在太赫兹波段的折射率和消光系数,并根据菲涅尔公式计算入射介质为高阻GaAs时,GaAs/Metal界面的反射谱,三种金属在0.3～1.5THz的波段范围内的平均反射率均超过80%。研究超薄金属膜在太赫兹波段的反射特性,为设计性能优良的太赫兹辐射源、探测器及太赫兹光学元件奠定基础。     

Kinetic theory of vibrational relaxation in a radiation field: The optic-acoustic effect

A microscopic derivation is presented of the rate equations governing vibrational relaxation occurring in the optic-acoustic effect. Detailed expressions applicable to the spectrophone experiment are given both for an excitation source consisting of a broadband radiation field and for laserdriven systems. It is clear from the present treatment that no real advantage accrues from the use of laser excitation sources in the standard spectrophone experiment, due to the resultant strong dependence of the driving force itself on the mechanical chopper frequency. For broadband radiation field the dependence on the chopper frequency is removed and the standard result containing the Einstein coefficient of induced absorption is recovered. The spectrophone response for the simplest case of a two-level system is given explicitly and its similarity to phenomenologically derived expressions is pointed out.The work of F.R.M. was supported in part by a grant from the National Research Council of Canada. The work of A.T. was supported by the Foundation for Fundamental Research on Matter, which is sponsored by the Netherlands Organization for the Advancement of Pure Research.     

Effect of optical pumping on the momentum relaxation time of graphene in the terahertz range

The momentum relaxation time of a photoexcited graphene in the THz frequency range has been studied by using terabertz time domain spectroscopy under optical pumping at room temperature. It is found that the momentum relaxation time of the graphene as a function of the optical pumping intensity exhibits a threshold behavior. The features of the momentum relaxation time as a function of the optical pumping intensity are also investigated. The results are useful for understanding the basic underlying physics of graphene scattering as well as finding the possible applications in carbon- based electronics.     

Study on the characteristics of linac based THz light source

There are many methods based on linac for THz radiation production.As one of the options for the Beijing Advanced Light, an ERL test facility is proposed for THz radiation.In this test facility, there are 4 kinds of methods to produce THz radiation: coherent synchrotron radiation (CSR), synchrotron radiation (SR), low gain FEL oscillator, and high gain SASE FEL.In this paper, we study the characteristics of the 4 kinds of THz light sources.     

Study on the characteristics of linac based THz light source

There are many methods based on linac for THz radiation production. As one of the options for the Beijing Advanced Light, an ERL test facility is proposed for THz radiation. In this test facility, there are 4 kinds of methods to produce THz radiation： coherent synchrotron radiation （CSR）, synchrotron radiation （SR）, low gain FEL oscillator, and high gain SASE FEL. In this paper, we study the characteristics of the 4 kinds of THz light sources.     

Switchable terahertz polarization converter based on VO2 metamaterial

A switchable terahertz (THz) polarization converter based on vanadium dioxide (VO₂) metamaterial is proposed. It is a 5-layer structure which containing metal split-ring-resonator (SRR), the first polyimide (PI) spacer, VO₂ film, the second PI spacer, and metal grating. It is an array structure and the period in x and y directions is 100 μm. The performance is simulated by using finite integration technology. The simulation results show that, when the VO₂ is in insulating state, the device is a transmission polarization converter. The cross-linear polarization conversion can be realized in a broadband of 0.70 THz, and the polarization conversion rate (PCR) is higher than 99%. Under thermal stimulus, the VO₂ changes from insulating state to metallic state, and the device is a reflective polarization converter. The linear-to-circular polarization conversion can be successfully realized in a broadband of 0.50 THz, and the PCR is higher than 88%.