交大课件_准光传输器件THz波传输特性分析
THz辐射简介
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Abstract................................................................................................................... 错误！未定义书签。
1 绪论 (1)1.1 THz辐射简介 (1)1.2 国内外发展概况 (2)1.3 THz辐射的产生和检测技术概述 (3)1.4 论文的主要内容 (5)2 基于光子混频的THz辐射的产生和检测技术研究 (5)2.1 基于光子混频的THz辐射的产生和检测技术原理 (6)2.2 对光电导体的要求 (9)2.3 对激光器的要求 (9)2.4 自相关仪间接观察THz辐射的理论分析 (10)2.5 本章小结 (15)3 双波长单纵模光纤激光器理论研究 (15)3.1 光纤激光器的基本理论 (16)3.2 实现双波长单纵模激光输出的关键问题 (21)3.3 多波长激光输出的实现方法 (23)3.4 单纵模激光输出的实现方法 (24)3.5 双波长单纵模光纤激光器理论设计与分析 (26)3.6 单纵模的判别方法 (36)3.7 本章小结 (38)4 数值模拟与仿真 .......................................................................................... 错误！未定义书签。
4.1 EDFL的理论模型............................................................................ 错误！未定义书签。
THz科学与技巧基本(文科)2015-3-16
(二) 太赫兹波的基本性质
THz波具有波的特性: 衍射和干涉
塑料板上的单孔 T-ray
2019年12月3日
2
单孔衍射 (f=1.8 mm)
2
0.5 THz
1 THz
1
cm
1
cm
20
20
0
1
2
1.5 THz
0
1
2
2 THz
1
cm
1
cm
0
0
0
1
2
0
1
2
2019年12月3日
杨式干涉实验
a
a
1 THz ~ 1 ps ~ 300 µm ~ 33 cm-1 ~ 4.1 meV ~ 47.6 oK
2019年12月3日
THz光子能量的计算
一个频率为 f 的光子能量： E hf h 6.631034 J s f 1THz 11012 Hz
E hf 6.631034 11012 6.631022 J
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2019年12月3日
相干性：
THz的相干性源于其产生机制。它是由相 干电流驱动的偶极子振荡产生，或是由相干 的激光脉冲通过非线性光学差频效应产生。 THz技术的相干测量技术能够直接测量电场 振幅和相位，可以方便地提取样品的折射率、 吸收系数.
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2019年12月3日
在THz成像技术中，可以利用这一特性分辨生物组织的 不同状态，如在THz成像技术中，可以利用这一特性分 辨生物组织的不同状态，如对人体烧伤部位的损伤程度 进行诊断，还可以进行产品质量控制，如测量食品表面 水分含量以确定其新鲜程度。
Eg
(2) 产生瞬时光电流
太赫兹波在谐振环多层超材料传输特性的研究
ｓ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｎ ｎ ｅ ｏ ｅ ｉ ｍｕ ｈ ｓｒｎ ｅ ｓ ｃ ｍｐ ｒ ｄ ｔ ｈ ｉ ｇｅ ｌ ｙ ｒｍｅａ ｔｒａｓ Ｔ ｅ ｖ ｌ ｅ ｏ ｓ ｎ ｎ ｉ ｉ ，ｈ ｅ ｏ ａ ｃ ｆ ｈ ｍ ｓ ｚ ｔ ｃ ｔ ｇ ｒａ ｏ ａ ｅ ｏ ｔ ｅ ｓｎ ｌ—ａ ｅ ｔｍａ ｅ ｌ． ｈ ａ ｕ ｆｒ ｏ ａ ｔｄ ｐ ｏ ｉ ｅ
太赫兹通信关键技术及应用场景分析
太赫兹通信关键技术及应用场景分析目录一、太赫兹通信概述 (1)1.1 太赫兹波段特性 (2)1.2 太赫兹通信技术发展历程 (3)二、太赫兹通信关键技术 (4)2.1 太赫兹波段调制技术 (5)2.2 太赫兹信号处理技术 (7)2.3 太赫兹通信系统设计 (8)三、太赫兹通信应用场景分析 (10)3.1 集成电路与微组件测试 (11)3.2 军事通信与导航 (13)3.3 医疗健康与生物成像 (14)3.4 物联网与智能城市 (16)3.5 无人机通信与遥感 (17)四、太赫兹通信发展趋势与挑战 (19)4.1 技术发展趋势 (20)4.2 应用场景拓展 (21)4.3 面临的挑战与研究方向 (22)一、太赫兹通信概述太赫兹通信作为一种新兴的通信技术，以其独特的优势和广泛的应用前景，引起了全球科研人员和工程师的广泛关注。
太赫兹波段位于微波与光波之间，频率范围约为THz至数十THz，拥有极宽的带宽和较高的信息传输速率潜力。
由于其特殊的频段位置，太赫兹通信融合了微波通信和光波通信的特点，既具备无线传输的便捷性，又具备光通信的高速率优势。
太赫兹通信被认为是一种潜力巨大的新型通信技术。
太赫兹通信的关键技术包括信号产生、信号检测、传输和调制解调等多个方面。
通过对这些技术的研究和改进，可以不断提升太赫兹通信的性能和应用能力。
特别是在数据吞吐量大、延迟要求苛刻的高动态通信环境中，太赫兹通信表现出了其独特的优势和应用前景。
太赫兹频谱由于其丰富的频谱资源，使得其在高速数据传输、无线通信网络等领域具有巨大的应用潜力。
随着技术的不断进步和成熟，太赫兹通信将在未来通信领域发挥越来越重要的作用。
全球范围内对太赫兹通信的研究已经进入到一个快速发展的阶段。
各种新的技术和理论正在不断发展和完善，同时随着生产工艺和材料科学的进步，太赫兹设备的生产也得到了快速的发展。
由于太赫兹波特殊的物理性质和应用潜力，太赫兹通信在未来有可能在卫星通信、安全监控、医学成像等领域得到广泛的应用和推广。
2第二章 太赫兹波的产生
h
28
基本概念
•
h
29
辐射机理
• 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。
h
32
系统结构
h
33
THz的指标参数
• 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
h
34
方法三：空气产生太赫兹
• 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。
• 它已经在美国国家航空航天管理局（NASA）所命名的“先 兆”（AURA）卫星上投入了实用。以此来观测大气。
h
49
太赫兹气体激光器
• 泵浦源：
• CO2 激光器输出的远红外光。
• 工作物质：
• 甲烷（CH4）、氨气（NH3）、氢化氰（HCN）或是甲醇（ CH3OH）等气体物质。
• 跃迁能级：
• 气体分子的转动和振动能级。
• 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。
西安交大电磁场
0
k kc 临界状态
当 0时 , c
kc
或
fc
kc
2π
（截止频率）cutoff frequency
c
v fc
2π kc
（截止波长）cutoff wavelength
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第八章
波导
a. 波导的滤波作用
当工作频率（信号源频率）f
fC 或
时， C
信号可以传播，否则呈衰减波。
式中
kc2 k 2 2 ,
t2
2 x2
2 y 2
—横向拉普拉斯算子。
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第八章
波动方程 t2E(x, y) kc2E(x, y) 0
波导
t2H(x, y) kc2H(x, y) 0
根据纵向场法解得 Ez 和 Hz，再由Maxwell 方程 解得其它四个场分量
Ex
1 kc2
电磁波沿 z 轴传播，且随时间作正弦变化。
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第八章
波导
2E k 2E (1) 2H k 2H (2)
式中 k / v，沿 z 轴传播的通解为
E(x, y, z) E(x, y)e z ； H(x, y, z) H(x, y)e z
代入式（1)、(2），得到波动方程
t2E(x, y) kc2E(x, y) 0 t2H(x, y) kc2H(x, y) 0
z
Hx
BH10
sin(
π a
x)e
z
Ey
AH10
sin(
π a
x)e
z
图8.2.2 TE10波的电场分布
图8.2.3 TE10波的磁场分布
图8.2.4 TE10波的立体电磁场分布
《太赫兹超材料设计仿真及其传感特性研究》范文
《太赫兹超材料设计仿真及其传感特性研究》篇一一、引言随着科技的发展，太赫兹（THz）波段的超材料技术已经成为了科学研究的重要领域。
太赫兹波段因其特殊的物理特性，在安全检测、医疗诊断、无损检测等多个领域具有广泛的应用前景。
本文将探讨太赫兹超材料的设计仿真及其传感特性的研究，旨在为相关领域的研究和应用提供理论支持。
二、太赫兹超材料设计仿真1. 设计原理太赫兹超材料是一种具有特殊电磁特性的材料，其设计原理主要基于电磁场理论及光学原理。
通过合理设计材料的结构，如改变材料的形状、尺寸和排列方式等，可以实现太赫兹波的操控和转换。
在设计中，需要考虑材料的基本性质、工作环境及目标性能等因素。
2. 仿真方法为了验证设计的可行性，需要采用仿真软件进行模拟分析。
目前常用的仿真软件包括COMSOL、ANSYS等。
在仿真过程中，需要建立准确的模型，并设定合适的边界条件和参数。
通过分析仿真结果，可以预测太赫兹超材料的性能和特点，为后续的实验研究提供依据。
三、太赫兹超材料的传感特性研究1. 传感原理太赫兹超材料具有独特的传感特性，其传感原理主要基于太赫兹波的传输和反射特性。
通过测量太赫兹波的传播速度、强度和相位等信息，可以实现对物质性质的感知和识别。
在传感过程中，需要考虑物质的吸收、散射及太赫兹波与物质的相互作用等因素。
2. 传感特性分析通过对不同设计的太赫兹超材料进行实验研究，可以分析其传感特性。
例如，可以研究不同结构参数对传感性能的影响，以及在不同环境下的传感性能变化等。
此外，还可以通过与其他传感器进行比较，评估太赫兹超材料的优势和局限性。
四、实验结果与讨论1. 实验结果通过设计仿真和实验研究，我们得到了不同设计的太赫兹超材料的传感特性数据。
实验结果表明，合理设计的太赫兹超材料具有优异的传感性能，能够实现对物质性质的快速、准确感知。
同时，我们还发现不同环境因素对太赫兹超材料的传感性能有一定影响。
2. 讨论与展望从实验结果来看，太赫兹超材料在传感领域具有广泛的应用前景。
太赫兹通信技术现状分析
太赫兹通信技术现状分析摘要太赫兹(THz)波的频段可以覆盖自然界多种物质的特征谱，利用太赫兹(THz)波可以加深和扩大人类对自然界一些基本科学问题的理解，甚至可以有新的发现。
太赫兹通信(Thz Communications)是指利用太赫兹的电磁波作为通信载波实现无线通信的技术。
太赫兹波拥有可供利用的超大频宽频谱资源，可支持无线通信的超大速率传输。
本文简单分析了太赫兹通信技术在国内外的研究进展并且对太赫兹通信的一部分关键技术与研究成果进行分析介绍，在文章的后半部分，本文对太赫兹通信的未来进行了展望，探讨了太赫兹通信在各个领域的应用成果与发展方向。
关键词：太赫兹通信；太赫兹应用；太赫兹波；一、太赫兹通信技术概况与关键技术1、太赫兹通信概述赫兹是个频率单位，太赫兹指1012这个频率的电磁波，介于红外线和微波之间。
以前于太赫兹波的自身特性以及缺乏有效的技术手段，人们对太赫兹波的认识、研究和应用是空白，现在兴起研究太赫兹波的潮流，是个前沿交叉领域。
在1980年代，太赫兹频段被称为“太赫兹鸿沟”，其相关技术尚待挖掘，因为缺乏稳定有效的太赫兹发射源和探测器，以及与太赫兹相关的研究稀少。
太赫兹技术上仍基本处在一个空缺状态。
太赫兹电磁波是一种与众不同的低能光子。
太赫兹位于激光和微波之间的波段，因此他的特性不能简单只用光学理论或者微波理论来进行解释。
如今，随着新一代太赫兹源与探测器的不断发展问世，这个“鸿沟”正在快速被填补，技术也积极发展。
太赫兹波光子能量小，不会引起生物组织的电离，适合生物医学成像；因为它对非金属和非极性物质有高的透过性，可用于安全检查、无损检测；还有，有机体和生物大分子等物质在太赫兹波段有特征吸收谱，可用于爆炸物、毒品等危险物品的识别。
太赫兹通信技术可以被分为全电子、光子辅助、全光子 3 种类型，光子辅助型与全光子型都可认为是基于光子技术路线的太赫兹通信实现方式。
基于电子学的太赫兹通信技术可以支持大功率太赫兹信号的辐射，能够进行长距离的无线传输。
THz QCL波导结构研究与光束质量分析
摘 要 ：Ｔ ｚ量 子 级 联 激 光器 是 理 想 的 固 态 Ｔ ｚ源 ，研 究 波 导 结 构 对 激 射 光 特 性 和 远 场 光 束 Ｈ Ｈ
质 量 的影 响 ，是 Ｔ Ｃ Ｈｚ Ｌ设 计 中的关键 。本 文采 用有 限元方法对 Ｔ ｚ Ｃ Ｑ Ｈ Ｌ双 面和单 面金属 波导结 Ｑ 构 的 限制 和损 耗特 性进行 分析 ，给 出 了限制 因子 、波 导损耗 和 阈值增 益随 波导结构 、激射波 长等 参 数 的变化 关 系。仿真 实验 结果表 明： 与单 面金 属波 导相 比 ，双 面金属 波 导对光具 有 更好 的限制 作 用 ，损 耗也 比较 小 ，更适合 做 有源 区 的波 导 限制结 构。在 计算 出波 导 中光场分布 的基础上 ，又 利 用 矢 量 衍 射 理 论 分 析 了 Ｔ ｚＱ Ｌ 的光 束 质 量 ， 给 出 了不 同 波 导 宽 度 时 出射 光 束 的 远 场 光 束 宽 度 Ｈ Ｃ
Ｔ ｚＱ Ｌ波 导 结构 研 究 与光 束质 量 分 析 Ｈ Ｃ
王 健 ，吴 卫 东 ，章 小 丽 ，段 素 青
（． 京 交 通 大 学 光 信 息 科 学 与技 术 研 究 所 ，北 京 １０ ４ ；２中 国工 程 物 理 研究 院 激 光 聚变 中心 ，四川 绵 阳 ６ １ ０ １ 北 ００４ ． ２９ ０
ｏ ＨｚＱＣ ｒ ｎ ｌｚ ｄ ｕ ｉｇｆｎｔ ｌｍｅ ｔ ｔｏ ． ｈ ｅ ｅ ｄ ｎ ｅｏ ｏ ｆ ｅ ｎ ａ ｔｒ ａ ｅｕ ｄ ｆＴ Ｌ ａｅａ ａｙ ｅ ｓｎ ｉｉ ｅｅ ｎ ｈ ｄ Ｔ ｅｄ ｐ ｎ ｅ ｃ ｆｃ ｎｉ ｍｅ ｔ ｃｏ ，ｗ ｖ ｇ ｉｅ ｅ ｍｅ ｎ ｆ
光电子技术课件ppt2[1]
22
θ1
B
半波带 a 半波带
2
21′′
1 2 1′
2′
半波带 半波带
A λ/2
两个“半波带”上发的光在P处干涉相消
形成暗纹。 • 当a sin 时3，可将缝分成三个“半波带”
2
Bθ
a
P处近似为明纹中心
A
2024/10/13
λ/2
光电子技术与应用
23
• 当 a sin 2 时,可将缝分成四个“半波
I I1 I2 2 I1I2 cos ,
若 I1 = I2 = I0 ,
则
I
4I0
cos 2
2
( d sin 2 )
I
4I0
光强曲线
2024/10/13
-4 -2 0 2 4
-2 -1 0 1 2 k
x -2 x -1 0
x1
x2
x
-2 /d - /d 0 /d 2 /d sin
光电子技术与应用
E0 sin 2
2
E0 △Φ
令 a sin
2
有
Ep
E0
sin
又
I
E
2 p
，I0 E02
P点的光强
I
I0
sin
2
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光电子技术与应用
27
由 得
I
I0
sin
2
可
(1) 主极大（中央明纹中心）位置：
0处， 0 sin 1 (2) 极小（暗纹）位置：
f
a
a
——衍射反比定律
2024/10/13
光电子技术与应用
sin I