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太赫兹发射源的分类

2020-10-23 16:42:47 来源:

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[摘要]太赫兹发射源可大致分为四大类一:基于光子学的太赫兹发生器(包括光电导天线和光整流等)(主要介绍)1:光电导天线:在光电导半导体材料表面淀积上金属电极制成偶极天线结构,金属电极

太赫兹发射源可大致分为四大类XpV安检之家

一:基于光子学的太赫兹发生器(包括光电导天线和光整流等)(主要介绍)XpV安检之家

1:光电导天线:XpV安检之家

在光电导半导体材料表面淀积上金属电极制成偶极天线结构,金属电极对光电导半导体施加偏压,当超快激光打在两电极之间的光电导材料上时,会在其表面瞬间(10^-4s量级)产生大量电子空穴对。这些光生自由载流子会在外加偏置电场与内建电场的作用下加速运动从而在光电导半导体材料表面形成顺变的光电流。这种快速的,随时间变化的电流会向外辐射出太赫兹脉冲,如图2-1XpV安检之家

2:光整流:(最为广泛使用) 光整流是是产生太赫兹脉冲的另一机制,它是一种非线性效应,当同频率的两束强激光在非线性介质中传输时,在介质二阶非线性效应的作用下会发生差频振荡效应,进而产生一个与光强成正比而与频率无关的直流低频极化电场, 与非线性介质的电光效应互为逆过程。光整流是产生太赫兹脉冲的另一种机制,它是一种非线性效应,是电光效应的逆过程。众所知道,两束光束在线性介质中可以独立传播,且不改变各自的振荡频率。然而在非线性介质中,它们将会发生混和,从而能产生和频振荡及差频振荡现象。由此在出射光中,除了和入射光具有相同频率的光波以外还有其他频率(例如和频)的光波。而且当一束高强度的单色激光在非线性介质中传播时,它会在介质内部通过差频振荡效应激发出一个恒定(不随时间变化)的电极化场。这个电极化场不会向外辐射电磁波,它只是会在介质内部建起一个直流电场。我们就把这种现象称为光学整流效应。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。这个低频极化电场进而辐射出超快THz波,这是因为所辐射出的电磁波的频率上限与入射激光的脉宽有关,如果入射激光的脉宽在亚皮秒量级,则辐射出的电磁波的频率上限就会在太赫兹量级,由此这种光整流效应被称作为亚皮秒光整流效应,或太赫兹光整流效应,太赫兹电场强度与泵浦飞秒脉冲的强度包络成正例变化,即泵浦飞秒脉冲峰值功率越高,辐射出的太赫兹波电场强度越高。用光整流产声THz波有很多优点,比如可以产生较高的辐射频率,产生的辐射有较宽的频谱带宽,可以通过对介电材料的周期性极化来控制所产生太赫兹脉冲的波形等等。XpV安检之家

3:空气产生太赫兹(略)XpV安检之家

4:太赫兹参量源(略)XpV安检之家

二:半导体太赫兹源(包括太赫兹量子级联激光器等)XpV安检之家

半导体激光可能是发射窄波段的太赫兹辐射的终极技术。最早的这种激光器是 20年前在浅掺杂的p型Ge中,使用正交的电磁场引起空穴数反转形成的。通过改变外加磁场和压力的方法,可以改变输出激光的频率。通过施加一个非沿轴向的强压,引起半导体Ge的空穴数反转也可以产生太赫兹激光。但是这些激光有一些固有的缺陷,如效率低、输出功率低,需要低温冷却以保证激光条件等。现在,利用一定的半导体生长工艺或电子射频上转换技术、光频下转换技术,可以使一些半导体激光器,如太赫兹量子级联激光器、GaAs 肖特基二极管倍频链、耿氏振荡器等都能够输出太赫兹辐射XpV安检之家

三:基于真空电子器件的太赫兹辐射源(纳米行波管及其阵列、返波振荡器、纳米速调管及其阵列、回旋管、自由电子激光器、相对电子注或等离子体电子器件等)XpV安检之家

采用先进的微细加工技术,如LIGA技术(LIGA是采用X射线刻蚀和电铸相结合的技术)、MEMS微电子机械系统加工技术等,将固态加工技术引入到真空电子技术领域之中,可以制造出能作为太赫兹辐射源的微型真空电子器件(μVED)。这些器件克服了普通三、四极管的渡越时间效应,而且如果利用微波管分布作用原理,就可使微波管的工作频率达到太赫兹频段,成为一种非常具有应用前景的太赫兹辐射源。具有噪声低、增益高、效率高、体积小、重量轻、性能稳定等特点。但是,它们在某些方面也存在着一些问题,如射频窗口、波导元件、磁聚焦问题、阴极和电子枪及器件的装配等,而这些问题又直接限制了微型真空电子器件的性能指标。目前,在太赫兹频段对于微型真空电子器件的研究还处于研究阶段,它将是一种非常具有应用前景的太赫兹真空辐射源。

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