高功率高信噪比光電導(dǎo)THz源及輝光放電探測(cè)器的研究.pdf

1、研制輻射功率高、噪聲小、穩(wěn)定性好的太赫茲(THz)源和靈敏度高、室溫工作的THz探測(cè)器是推動(dòng)THz技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。本文提高了THz光電導(dǎo)天線的輻射功率、信噪比和穩(wěn)定性，提出了THz輝光放電探測(cè)器(GDD)的工作機(jī)理并研制了GDD，具體工作如下：
　　 (1)從天線芯片材料、電極材料、天線結(jié)構(gòu)等方面綜合設(shè)計(jì)，優(yōu)化THz光電導(dǎo)天線性能。
　　 提出THz光電導(dǎo)天線噪聲分析理論，分析了天線噪聲的來源及天線芯片材料對(duì)天線噪聲的影

2、響；利用電流瞬沖模型分析了天線芯片材料對(duì)天線輻射THz電磁波功率的影響；研究了溫度對(duì)天線穩(wěn)定性的影響。
　　 首次提出電極與光電導(dǎo)天線的接觸對(duì)天線輻射THz電磁波的功率和信噪比的理論分析，設(shè)計(jì)了利用THz時(shí)域光譜系統(tǒng)測(cè)量光電導(dǎo)天線中電場(chǎng)分布的實(shí)驗(yàn)，制備了具有歐姆接觸電極的光電導(dǎo)天線，實(shí)驗(yàn)證實(shí)了具有歐姆接觸電極的天線的電場(chǎng)分布均勻、擊穿電壓高、輻射THz波的功率高、信噪比大、穩(wěn)定性好。
　　 系統(tǒng)地從芯片材料、電極材料、電

3、極結(jié)構(gòu)、散熱及絕緣保護(hù)等方面對(duì)光電導(dǎo)天線進(jìn)行全面優(yōu)化設(shè)計(jì)，所研制的150μm間隙的SI-GaAs光電導(dǎo)天線的最大輻射功率、信噪比和穩(wěn)定性比國(guó)際通用的同類天線分別提高了1.59倍、2.95倍和14倍。
　　 (2)研究了GDD在THz波段的工作原理，研制了氖燈GDD并測(cè)試了其性能，展示了GDD探測(cè)THz波的可行性，針對(duì)氖燈的不足，設(shè)計(jì)了GDD并優(yōu)化了其性能。
　　 提出了GDD探測(cè)THz波的機(jī)理，其機(jī)理是入射THz波增強(qiáng)了

4、GDD內(nèi)部放電氣體的電離率，所產(chǎn)生的信號(hào)電流與入射THz波的功率成正比。分析了氣體組分、放電電流、電路參數(shù)對(duì)GDD的響應(yīng)率、噪聲等效功率、響應(yīng)時(shí)間的影響，為研制GDD提供理論依據(jù)。理論估算了GDD在THz波段的技術(shù)參數(shù)：響應(yīng)時(shí)間為微秒量級(jí)，對(duì)頻率為0.2THz的電磁波的響應(yīng)率為4.4×102V/W，噪聲等效功率的數(shù)量級(jí)為10-13W/Hz1/2。
　　 將氖燈GDD應(yīng)用于THz成像系統(tǒng)中，首次獲得利用氖燈GDD采集的THz圖像，