太赫兹波段金属线栅的紫外光控特性研究

基于氧化铟纳米薄膜及金属线栅的特性,利用紫外激光诱导以金属线栅为衬底的氧化铟纳米结构,研究其对于太赫兹偏振透射的调制特性。实验中在金属线栅上滴入溶于乙醇的氧化铟溶液,并使溶液恰好浸润在金属线栅缝隙中,同时将加热台的温度调至340 ℃,对金属线栅中的氧化铟进行热退火。结果表明,氧化铟-金属线栅线长方向与太赫兹电场偏振方向垂直时,在低强度紫外光的照射下,该样品对太赫兹的透射强度有较为明显的衰减,当紫外光功率密度为7 mW·cm-2时,样品对太赫兹的调制深度可达71%;当氧化铟-金属线栅线长方向与太赫兹电场偏振方向平行时,紫外光激发下的样品对太赫兹的调制效果明显减弱,当紫外光功率密度为7 mW·cm-2时,调制深度约为20%。氧化铟纳米薄膜中存在的氧空位,使该材料对紫外光具有特殊响应。在无紫外光照射下,样品环境中的氧气分子被吸附到氧化铟表面,由于化学反应生成O2-离子态。当用光子能量大于氧化铟禁带宽度的紫外光激发样品时,在氧化铟表面激发出电子空穴对,空穴会被氧化铟表面的O2-离子态和缺陷态束缚,从而释放电子到导带,增强了样品的电导率。在太赫兹波频段内,透过氧化铟样品的太赫兹强度与氧化铟电导率有很好的相关性。金属线栅利用金属表面可存在的自由电子的振荡, 使电场方向与线栅方向平行的太赫兹偏振光激发电子沿线栅方向振荡,当电子与金属晶格中的原子碰撞时,此偏振光发生衰减并伴随辐射;而电场方向与线栅方向垂直的太赫兹偏振光,由于周期性结构的限制,无法激发自由电子振荡, 主要表现出透射特性。结合氧化铟的表面缺陷特性,紫外光可实现作为氧化铟-金属线栅结构的光控偏振开关作用,氧化铟-金属线栅结构偏振器能很好地应用于太赫兹波频段的光控偏振调制。     

超低温高电场下GaAs的电子太赫兹功耗谱的研究

利用自由空间太赫兹电光取样方法,测量了在高电场下,GaAs中受飞秒激光脉冲激发的电子所辐射出的太赫兹电磁波,发现从样品中辐射出的和电子加速度成正比的太赫兹电磁波电场强度E_THz（t）,表现出双极特性.通过分析GaAs中辐射出的太赫兹电磁波的傅里叶变换谱,首次实验上得到在阶跃电场下的GaAs的电子太赫兹功耗谱.研究发现,当电场小于50 kV/cm时,由电子谷间散射引起的负功耗（即增益）的截止频率ν_c,随着电场的增大而增大;当电场大于50 kV/cm时,负功耗的截止频率ν_c开始在750 GHz（10 K）附近饱和. 关键词： 太赫兹 非平衡载流子 功耗谱 谷间散射     

集成光学 光电集成与器件

TN2562006054307一种亚波长偏振分波/合波器的研制=Development ofbroadband polarizing beamsplitter/combiner[刊,中]/张亮(武汉大学物理科学与技术学院.湖北,武汉(430072)),李承芳…//光学学报.—2006,26(7).—1048-1052针对传统偏振分束器窄波段、窄角度范围的不足,研制了一种在宽波段宽角度范围内具有180°分光功能的偏振分束器/耦合器。该器件基于线栅偏振器和亚波长光栅结构原理设计,利用半导体工艺的刻蚀技术制作。利用一维金属线栅对入射电磁波的偏振响应和亚波长光栅仅存在零级衍射的特性,实现了较宽的通带宽度与可接受角度范围…     

一种亚波长偏振分波/合波器的研制

针对传统偏振分束器窄波段、窄角度范围的不足,研制了一种在宽波段宽角度范围内具有180°分光功能的偏振分束器/耦合器。该器件基于线栅偏振器和亚波长光栅结构原理设计,利用半导体工艺的刻蚀技术制作。利用一维金属线栅对入射电磁波的偏振响应和亚波长光栅仅存在零级衍射的特性,实现了较宽的通带宽度与可接受角度范围、极大的分光角度、高消光比和低插入损耗。实验测得透射、反射消光比均大于20 dB,插入损耗小于0.5dB。通过自行搭建的微结构测试平台,测量了p、s光的透射率、反射率随入射角度变化的曲线,和严格耦合波理论模拟结果符合。深入分析了制作中的过刻蚀对性能产生的影响。     

基于石墨烯的太赫兹波散射可调谐超表面

设计了一个可调谐的太赫兹超表面,由在随机反射超表面基底中嵌入可偏置的双层石墨烯构成,可以实现对太赫兹波散射特性的动态调控.全波仿真试验结果证实了所预期的超表面散射可调性能.通过增大偏置电压提升石墨烯的费米能级,使得该超表面的太赫兹波散射样式从漫反射逐渐向镜面反射过渡,从而实现散射特性的连续调控,且该超表面具有对电磁波极化角度不敏感的特点.这些特性使得该超表面能很好地融合到变化的环境中,在太赫兹隐身方面具有潜在的应用价值.     

火山岩的反射式太赫兹光谱成像实验研究

通过反射式太赫兹光谱成像系统获得火山岩表面的太赫兹时域光谱.提取火山岩不同位置扫描点的太赫兹时域光谱峰值,并与扫描点的位置坐标进行一一对应,得到反射式光谱投影图像.实验结果表明:在火山岩的孔隙处太赫兹波发生散射及衍射效应,孔隙处比其他处有更多损耗,太赫兹反射波的强度相差较为明显,因此可以利用反射式太赫兹光谱成像技术表征火山岩的孔隙形状和分布.     

不同中心波长飞秒脉冲激发InAs表面辐射太赫兹波的机理研究

研究了p型(100)InAs在不同中心波长飞秒激发光(750—850nm)作用下的太赫兹(THz)波辐射特性.这种太赫兹辐射的光谱性质与光学Dember效应密切相关,飞秒脉冲激发下产生的载流子在InAs表面的Dember场内做加速运动,从而辐射出THz电磁波.实验结果表明：不同中心波长的激发光作用下,InAs表面产生的Dember电场、光生载流子浓度、谷间散射效应以及处于不同状态的载流子数目都发生了变化,因而激发出太赫兹波的功率、振幅、频谱分布和有效谱宽是不同的.这项研究将有利于THz时域光谱技术以及实验     

太赫兹与远红外频段下铝质目标电磁特性与计算

在太赫兹与远红外频段,铝处于由导体到介质的过渡,研究该频段铝质目标与电磁波的相互作用机理对于实现太赫兹频段目标精确电磁散射计算具有重要意义.基于实验测量数据,设计有效误差准则模型拟合得到了太赫兹与远红外频段铝的介电系数模型;基于拟合模型通过推导过渡阶段不同损耗机理下铝中传播电磁波的空间相位系数与铝的波阻抗等参数,分析了太赫兹与远红外频段电磁波在铝中的透射与反射特性,给出了铝的反射率关于频率的变化曲线.结果表明铝中电磁波传播参数从微波向太赫兹频段过渡时具有很好的连续性与一致性;基于阻抗边界条件的雷达散射截面计算结果表明太赫兹频段光滑铝质目标可视做理想导体进行计算,太赫兹雷达散射截面测量中可利用光滑铝板或铝球做为定标体.     

埋入式光栅双通道特性及其应用研究

利用严格耦合波理论分析了埋入式光栅在45°入射时,垂直和平行于光栅栅线的两个不同观察平面的零级共振反射衍射特性.在垂直于光栅栅线的平面内,TE、TM偏振下零级反射共振波长分别为432 am和420 am,在平行于光栅栅线的平面内,TE、TM偏振下零级反射共振主峰波长分别为623 nm和620 nm,在两个平面内,零级共振衍射光的共振波长差别较大,观察到的衍射光颜色差别明显,定义为双通道特性并用实验进行证明,制作了相应的光变色器件.     

不同中心波长飞秒脉冲激发InAs表面辐射太赫兹波的机理研究

研究了p型(100)InAs在不同中心波长飞秒激发光(750—850nm)作用下的太赫兹(THz)波辐射特性.这种太赫兹辐射的光谱性质与光学Dember效应密切相关，飞秒脉冲激发下产生的载流子在InAs表面的Dember场内做加速运动，从而辐射出THz电磁波.实验结果表明：不同中心波长的激发光作用下，InAs表面产生的Dember电场、光生载流子浓度、谷间散射效应以及处于不同状态的载流子数目都发生了变化，因而激发出太赫兹波的功率、振幅、频谱分布和有效谱宽是不同的.这项研究将有利于THz时域光谱技术以及实验     

可调谐型金属线栅偏振器的特性研究

金属线栅偏振器是一种新兴的基于微纳结构的光学偏振器件, 体积小、性能高、易集成.但在紫外和可见光波段, 通过缩小线栅的特征尺寸来提高消光比的方法已经受到纳米制作工艺的限制, 因此需要新的结构来提高其偏振特性.双层金属线栅结构仅在特定波段上提高 器件的偏振特性. 在此基础上, 提出一种间距可调谐的金属线栅偏振器结构, 通过调谐两层金属线栅之间的距离来确保偏振器极高的消光比和很强的透过率. 利用VirtualLab软件的傅里叶模式方法, 计算了可调谐型金属线栅偏振的透过率和消光比. 数值仿真结果表明, 双层可调谐型金属线栅结构在整个紫外、 可见光波段极大地提高了透射光的消光比和透过率. 关键词： 线栅偏振器 可调谐结构 消光比 压电陶瓷     

太赫兹波在亚波长随机金属Al颗粒中的相干传播

本文报道亚波长特征尺寸的随机金属颗粒体系由于表面等离子体效应,在太赫兹（THz）电磁波段出现的异常透射现象.通过THz时域光谱实验测量,发现THz波的透射强度不仅随着金属颗粒体系的厚度减小,而且当颗粒体系的横向尺寸大于THz光斑时,透射强度会随着体系横向尺寸的增大而减小,并伴随着透射时间的延迟.同时发现,入射THz电磁场在导电粒子体系中激发的表面等离子波主要沿着体系的边界传播. 关键词： 太赫兹电磁波 金属颗粒 表面等离子体     

太赫兹波衍射特性的研究

利用不同宽度的衍射屏对太赫兹波的衍射特性做了分析与探究.根据太赫兹波衍射特性,将衍射屏的宽度变化划分为三个阶段.由太赫兹时域波形的时间延迟和峰值振幅参数可直观地反映出每一阶段中太赫兹波直边衍射后光程变化和光强分布规律.本实验既可作为课堂内关于光的衍射知识的延伸,又可作为衍射理论与实际相结合的例子在物理教学中应用.     

太赫兹场致液晶双折射效应的研究

液晶材料是信息显示设备中的重要组成部分,其在外场作用下所表现的高双折射特性是其被用于显示的关键条件。利用强太赫兹波作为外场,激发液晶5CB材料的双折射效应。结合太赫兹时域光谱系统通过测量不同偏振的太赫兹波的透过率,研究了太赫兹场致液晶在太赫兹波段的双折射效应。分析了液晶的双折射效应与外场强的变化关系、频率响应特性等方面。研究结果表明在强场太赫兹波激发下,液晶的双折射现象随场强的增大而增大,双折射值与外部场强平方成正比,且液晶5CB对于太赫兹激发的双折射效应存在一定的阈值。     

高斯光束经相位连续变化型波带片的衍射特性

 根据瑞利-索末菲标量衍射理论分析了相位连续变化型波带片对高斯光束的衍射特性。在高斯光束入射下,对相位连续变化型波带片光轴和焦平面上的太赫兹强度分布特性进行了模拟,分析了入射光束的束腰半径和束腰位置对衍射场的影响,并与平面波入射的情况进行了对比。数值结果显示,相位连续变化型波带片可以实现对高斯分布太赫兹波的聚焦。相位连续变化型波带片的衍射规律与薄透镜的聚焦规律相似。通过合理调整束腰与波带片之间的距离可以保证衍射效率在85%以上。与平面波相比,高斯光束入射下的焦点处中心场强较小,但衍射效率较高。     

散射在太赫兹吸收谱定量分析中的应用研究

基于太赫兹光谱的物质成分定量分析是太赫兹技术重要的应用方向之一。但是当太赫兹波入射样品时,会与样品颗粒在微观尺度下发生散射效应,造成太赫兹波强度的衰减。因此实验测得的样品的太赫兹吸收谱主要由两部分组成,即样品本身对太赫兹波的吸收以及由散射效应造成的衰减。尤其是当样品的颗粒尺寸与太赫兹波的波长接近或可相比拟时,散射效应更为明显。在以往的太赫兹定量分析领域,往往仅考虑了Lambert-Beer定律,即物质对光的吸收与其浓度成线性变化的关系,而忽视了散射效应的作用,导致定量分析的准确度受到了限制。在对混合物样品的太赫兹波段散射效应进行分析的基础上,采用类比的方法,提出了混合物的太赫兹吸收谱模型,并通过一系列定量分析实验验证了该模型的有效性。在对多组混合物样品的定量分析实验中,定量分析误差普遍小于3%,较之仅考虑Lambert-Beer定律而言准确度得到了大幅提高,表明研究散射效应对提高太赫兹定量分析的准确度具有重要作用。     

亚微米光栅零级衍射特性的数值研究

用耦合波理论分析了亚微米光栅对光波场的衍射作用,给出了在TE和TM偏振入射条件下矩阵形式的耦合波方程,研究了光栅在TE偏振入射条件下可见光波段内的反射和透射零级衍射特性。亚微米光栅零级衍射效率是波长、偏振和入射角的函数,在不同照明、观察和光栅参数条件下,光栅零级衍射具有非常复杂的光谱结构,经过适当的优化光栅参数,零级衍射具有许多独特的衍射特性,在许多应用领域具有广泛的应用前景。     

Mie理论在生物组织散射特性分析中的应用

根据等效颗粒散射模型，运用经典的Mie理论，对生物组织的散射相函数、各向异性因子及散射系数进行了数值计算.计算结果表明：可见光照射生物组织时，各向异性因子、散射系数随等效颗粒直径增大而增大；等效颗粒直径较小时，各向异性因子、散射系数随入射光波长增大而单调减小；随着等效颗粒直径增大，各向异性因子、散射系数随入射光波长变化不再具有单调性.上述计算结果可合理解释公布的实验结果. 关键词： 生物组织 散射 Mie理论 等效颗粒     

太赫兹立体相位光栅衍射特性分析

针对太赫兹谱成像对宽光谱、高光能利用率、实时探测分光器件的需求,提出了一种太赫兹立体相位光栅(MPMG)分光器件。MPMG通过刻槽深度的变化引入光程差,实现对入射光的相位调制,从而使反射太赫兹波前的不同区域具有不同的相位信息,其零级衍射光具备分光能力。在分析MPMG衍射场光强分布的基础上,讨论了光栅参数对衍射场分布的影响,并通过实验验证了MPMG的衍射特性。结果表明,MPMG各光栅单元在0.5 THz、0.34 THz的衍射效率理论值与实测值相吻合,证明了MPMG的零级衍射光具备分光能力。     

200mJ光泵浦氨气太赫兹激光器北大核心CSCD

利用光栅选支调谐的TEA CO2激光器作为泵浦源设计了高能量脉冲光泵浦太赫兹激光器。太赫兹激光谐振腔由2m长的石英玻璃管、GaAs泵浦光输入窗和SiO2太赫兹光输出窗组成,氨气充入谐振腔内作为增益介质。太赫兹激光的波长由自主设计的金属线栅F-P干涉仪测量。实验中在多个波长处都获得了强烈的太赫兹光输出,其中151.5μm太赫兹光的输出脉冲能量高达204mJ,对应的泵浦光能量为32J。最后,还给出了利用151.5μm太赫兹光进行透视成像的实验结果。