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第二章 太赫兹波的产生;什么是太赫兹波？ 1THz=____Hz？ THz波的基本性质有哪些？ THz波光子能量比X射线光子能量小几个数量级？ THz波对什么材料具有透视性？ 什么是太赫兹波的波粒二象性？;太赫兹波是指频率处于0.1THz-10THz的电磁波，对应的波长范围是3mm-0.03mm。 1THz=1012Hz。 太赫兹波频率的数量级是1012，x射线频率的数量级是1017，依据e=hv，可以得到太赫兹波光子能量比x射线光子能量小5个数量级。 太赫兹波具有瞬态性，宽带性，相干性，低能性，透视性，特殊光谱范围，成像分辨率高、景深大。 ;太赫兹波对非极性材料具有透视性，而极性材料对太赫兹波具有强烈地吸收。 太赫兹波的波粒二象性是指太赫兹波在传输过程中表现为波动性，在与物质相互作用时表现为粒子性。;5;6;THz波（太赫兹波）或称为THz射线（太赫兹射线）是从19世纪80年代中后期，才被正式命名的，在此以前科学家们将统称为远红外射线。 之后的近百年时间，远红外技术取得了许多成果，并且已经产业化。但是涉及太赫兹波段的研究结果和数据非常少，主要是受到有效太赫兹产生源和灵敏探测器的限制，因此这一波段也被称为THz间隙。 THz辐射源是THz技术能否转化为现实生产力的关键环节。;随着20世纪80年代一系列新技术、新材料的发展，特别是超快技术的发展，使得获得宽带稳定的脉冲THz源成为一种准常规技术，THz技术得以迅速发展，并在实际范围内掀起一股THz研究热潮。 但是，目前尚缺少高功率、低成本、便携式、常温工作条件下的THz辐射源，这已经成为21世纪THz领域迫切需要解决的实际问题。 ;世界各国主要沿着三条途径开发太赫兹辐射源。 其一是以太赫兹激光器为代表的激光光学技术，包括气体激光器、半导体激光器以及自由电子激光器等，这类技术来自于激光技术向长波方向的发展； 其二是以微波元件为代表的真空电子技术，包括微波管、固体微波源以及耿氏二极管等，这类技术来自于微波技术向短波方向的发展； 其三是超快激光技术，这类技术是从1 THz向低频和高频两个方向同时发展。;10;11;12;13;14;光学效应 多普勒效应 声光效应 磁光效应 电光效应 弹光效应 非线性效应等等 电学效应 电磁振荡 电泵浦 ;基于光学效应的THz辐射源 光电导天线 光整流 空气产生太赫兹 气体激光器 基于电子学的THz辐射源 真空电子器件 相对论性电子器件 半导体激光器;17;光电导天线 光整流 空气产生太赫兹 气体激光器;光电导天线的结构;20;光电导天线是目前众多THz 产生技术中应用最广泛的方法之一； 它是由美国贝尔实验室的Auston研究小组在1984年首先提出并初步试验成功；;22;23;24;25;频率范围 0.1THz-5THz 功率范围 纳瓦到微瓦量级;这种太赫兹辐射系统的性能取决于三个因素：光导体、天线的几何结构和泵浦激光的脉冲宽度。 光导体是产生太赫兹辐射的关键部件，对于性能良好的光导体来说，它应该具有载流子寿命极短、载流子迁移率高和介质耐击穿强度大等特点。;光整流是产生太赫兹脉冲的一种常用机制，它是一种非线性效应，是电光效应的逆过程； 这种模型是由S. L. Chuang等人在1992年提出的。 ;?;如果入射到非线性介质中的是超短激光脉冲，则根据傅立叶变换理论可知，一个脉冲光束可以分解成一系列单色光束的叠加，这些单色光将会在非线性介质中发生混合。其中，由差频振荡效应会产生一个低频振荡的时变电极化场。这个时变电极化场可以辐射出太赫兹波。 光整流的物理过程是一个瞬间完成的过程。;31;非线性介质的非线性系数对所产生的太赫兹脉冲的振幅强度、频率分布以及光整流的转换效率。 常用的非线性介质有LiNbO3(铌酸锂)、LiTaO3 (钽酸锂) 、有机晶体DAST(4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲基苯磺酸盐 ) 、半导体GaAs(砷化镓)、ZnTe(碲化锌)、InP(磷化铟)、InTe(碲化铟)等。用得最多的是ZnTe 和GaAs。 ;33;频率范围 太赫兹辐射的带宽上限由泵浦激光脉冲的宽度决定，最高频率可以达到50THz，甚至可以达到100THz 功率范围 纳瓦量级;空气产生太赫兹，是将超短强激光脉冲聚焦在周围空气中直接产生太赫兹的技术。 优点：该方法可在远处（可在几公里远）产生太赫兹波，所以应用前景十分美好。 缺点：辐射机理没有被完全解开。;36;当高能量的超短激光脉冲聚焦在空气中时，焦点处的空气会发生电离现象形成等离子体。由此所形成的有质动力会使离子电荷和电子电荷之间形成大的密度差，而且这种电荷分离过程会导致强有力的电磁瞬变现象的发生，从而辐射出太赫兹波。;当前对空气等离子体产生太赫兹的机制解释还没有完全的定论； 现有许多模型如有质动力模型、辐射