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《太赫茲多光譜成像技術(shù)的初步研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、第一章引言處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)dE為dE。ABexp(-jkp)．．．exp(-j—kr—)．cosO．dS(1——2)pf其中，B為比例因子。實(shí)際上，從波源T發(fā)射的球面波，在波陣面S的任意面元上都產(chǎn)生二次輻射場(chǎng)。它們都對(duì)R點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)有貢獻(xiàn)，即R點(diǎn)接收到的場(chǎng)強(qiáng)是S上所有二次輻射源在R點(diǎn)產(chǎn)生輻射場(chǎng)強(qiáng)的疊加結(jié)果，因此R點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)E為E。ABexp(-jkp)．ffexp(-jkr)．．COSe．ds(1—3)0．，pr這就是惠更斯一費(fèi)涅爾原理的數(shù)學(xué)表達(dá)式。費(fèi)涅爾近似求解了式(1-3)，他采用電波傳播的主區(qū)一一費(fèi)涅爾區(qū)和費(fèi)涅爾帶的方法得到了B．一上(1-4)^把式(1-4)代入式
2、(1—3)可以得到惠更斯一費(fèi)涅爾原理的嚴(yán)格數(shù)學(xué)表達(dá)式為～警．儼嚆型??s(1_5)電波傳播的實(shí)際環(huán)境總是涉及各種各樣的媒質(zhì)，在一般情況下，電波傳播的過(guò)程就是電磁波與媒質(zhì)相互作用的物理過(guò)程。在電磁波的作用下媒質(zhì)中產(chǎn)生極化、磁化及傳導(dǎo)等各種電磁效應(yīng)，這些效應(yīng)反過(guò)來(lái)又對(duì)傳播中的電磁波施加各種影響。因此，電波傳播特性既與媒質(zhì)特性參數(shù)(介電常數(shù)e、磁導(dǎo)率p和電導(dǎo)率。及其時(shí)空變化)有關(guān)，又與電波特性參數(shù)(最關(guān)鍵的是頻率和極化)有關(guān)，后者可使用同樣的媒質(zhì)表現(xiàn)出極不同的特性和邊界條件。1．1．2太赫茲波的傳播太赫茲的傳輸涉及到光學(xué)準(zhǔn)值、系統(tǒng)內(nèi)部連接、傳播媒介等很多方面，下面簡(jiǎn)要
3、介紹一下這些因素：(1)自由空間的太赫茲波的傳輸可以采用常規(guī)的光學(xué)技術(shù)n1。為了控制太赫茲波的傳輸，可以利用拋物面鏡和超半球硅透鏡等光學(xué)元件準(zhǔn)直或聚焦太赫茲波。最近，用硅襯底研制出的菲涅爾透鏡或菲涅爾波帶片等二元光學(xué)元件取得了更好的聚焦效果。(2)太赫茲系統(tǒng)的組成部分除了太赫茲光源和探測(cè)系統(tǒng)外，其內(nèi)部連接也是非常重要的，如傳輸系統(tǒng)、諧振系統(tǒng)等。目前，已經(jīng)提出了很多種不同的傳輸系統(tǒng)，如：太赫茲金屬不銹鋼波導(dǎo)，太赫茲鐵電聚合物波導(dǎo)，太赫茲塑料帶狀平面波導(dǎo)，太赫茲單模藍(lán)寶石2第一章引言光纖等。但研究發(fā)現(xiàn)，簡(jiǎn)單的直徑為0．9mm的金屬導(dǎo)線波導(dǎo)性能可能最好砼1。光子晶體是
4、其折射率在空間上存在周期性變化及存在一定光學(xué)能帶間隙的介質(zhì)結(jié)構(gòu)，具有一定的光學(xué)禁帶和通帶。光子晶體在近代科學(xué)技術(shù)特別是光學(xué)上有很多重要的應(yīng)用。在太赫茲波技術(shù)中，光予晶體主要用來(lái)制作各種功能器件，如：太赫茲傳輸線及波導(dǎo)、太赫茲諧振腔、太赫茲濾波器、太赫茲偏振器、太赫茲開(kāi)關(guān)、太赫茲混頻器、太赫茲天線等。目前，光子晶體在太赫茲波技術(shù)中的應(yīng)用已取得了一些研究進(jìn)展，如：太赫茲波在光子晶體中的傳播，德國(guó)半導(dǎo)體研究所研究了太赫茲波在光子晶體中的傳播，結(jié)果表明：太赫茲波在硅二維光子晶體中能很好地傳播，理論和實(shí)驗(yàn)相符；德國(guó)Freiburg大學(xué)研究人員應(yīng)用激光化學(xué)蒸汽沉積技術(shù)，用A
5、1：0。陶瓷材料研究制作了太赫茲光子晶體；美國(guó)圣芭芭拉大學(xué)研究人員研究制作了太赫茲光子晶體諧振腔；日本大阪大學(xué)用彩色打印機(jī)制作出了太赫茲金屬光子晶體；日本理化學(xué)研究所最近利用多層約瑟夫結(jié)制作出太赫茲光子晶體濾波器；美國(guó)Delaware大學(xué)利用硅光子晶體制成微盤(pán)結(jié)構(gòu)太赫茲光子晶體微諧振腔口們。(3)太赫茲波在氣體、液體和固體中的傳播涉及到介質(zhì)的吸收特性、相移特性和散射特性等。這是目前太赫茲波與物質(zhì)相互作用研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。由于開(kāi)展太赫茲波技術(shù)的研究的時(shí)間比較短以及此波段本身具有的獨(dú)特性質(zhì)，致使太赫茲全波段的傳播特性的研究還有待深入，這個(gè)領(lǐng)域尚有大量的研究工作要做
6、口’43。但是已有的研究結(jié)果表明，水對(duì)于太赫茲波的吸收較為明顯，而非導(dǎo)電介質(zhì)如陶瓷、紙張、塑料、木材、紡織品等，太赫茲波均有一定的穿透能力，而這些介質(zhì)對(duì)于普通光波都是不透明的，也就是說(shuō)，太赫茲波的穿透能力優(yōu)于光波，同時(shí)又具有類似光波的“準(zhǔn)”光學(xué)特性。1．2太赫茲波傳播及其成像研究的現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)1．2．1太赫茲光束在焦點(diǎn)位置處的傳播特性對(duì)THz脈沖傳播的研究是當(dāng)前科學(xué)領(lǐng)域中最活躍的方向之一，超短脈沖光在自由空間和光學(xué)系統(tǒng)中的傳播特性引起了廣泛的關(guān)注。隨著超快激光技術(shù)的發(fā)展，脈寬只有幾個(gè)飛秒的激光脈沖可以比較容易的獲得，這種激光脈沖只包含幾個(gè)振蕩周期，甚至一
7、個(gè)或半個(gè)周期，它的頻譜寬度與其載波頻率可以比擬，因此，這種脈沖不能再用準(zhǔn)單色波來(lái)描述。決定脈沖光演化的傳播方程是研究脈沖光傳播特性的關(guān)鍵，在THz脈沖的實(shí)驗(yàn)研究中人們發(fā)現(xiàn)THz脈沖的時(shí)間波形在不同的探測(cè)系統(tǒng)中具有不同的形式，甚至它的表現(xiàn)形式還會(huì)隨著實(shí)驗(yàn)的具體設(shè)置形式而變化璐1。THz脈沖波形變化的問(wèn)題是THz的應(yīng)用和機(jī)理研究中的一個(gè)非常嚴(yán)重的困難，因此受到THz研究人員的普遍關(guān)注，目前研究人員已經(jīng)研究了3第一章引言THz脈沖在自由空間傳播的時(shí)間特性：在THz光學(xué)系統(tǒng)中的時(shí)間整形已經(jīng)被預(yù)測(cè)并通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得；近單周期脈沖被推斷在自由空間傳播時(shí)會(huì)出現(xiàn)時(shí)域整形；在THz脈
8、沖通過(guò)小孔的傳播中也發(fā)現(xiàn)
