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1、里德堡原子作為光電陰極的太赫茲成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)劉丹峰2015年1月中圖分類號(hào)：TN29UDC分類號(hào)：620里德堡原子作為光電陰極的太赫茲成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)作者姓名劉丹峰學(xué)院名稱光電學(xué)院指導(dǎo)教師劉小華副教授答辯委員會(huì)主席郝群教授申請(qǐng)學(xué)位工學(xué)碩士學(xué)科專業(yè)儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)位授予單位北京理工大學(xué)論文答辯日期2015年1月DesignoftheimagingsystemofterahertzradiationusingaRydbergatomphotocathodeCandidateName:DanfengLiuSchoolorDepartment:SchoolofOptoel
2、ectronicsFacultyMentor:AssociateProf.XiaohuaLiuChair,ThesisCommittee:Prof.QunHaoDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:InstrumentScienceandTechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:Jan,2015北京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要THz技術(shù)在物體成像、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療診斷、射電天文、寬帶移動(dòng)通訊，尤其是在衛(wèi)星通訊和軍用雷達(dá)等方面具有重大的科學(xué)研
3、究?jī)r(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。THz成像與微波、X射線、核磁共振成像相比，不僅能給出物體的密度信息，還能給出物性信息，如介電常數(shù)、折射率、吸收系數(shù)等。因此，THz成像技術(shù)成為THz應(yīng)用的一個(gè)重要方面。里德堡堿金屬原子最外層只有一個(gè)電子，當(dāng)電子被激發(fā)到較高的量子態(tài)時(shí)，電子受到原子核的束縛能較小，當(dāng)電子吸收一個(gè)THz光子能量后，便可被電離，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。本文闡述的是一種新型的里德堡原子作為光電陰極的THz成像系統(tǒng)，當(dāng)原子經(jīng)過電場(chǎng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生斯塔克效應(yīng)，產(chǎn)生能級(jí)分裂。當(dāng)處于特定量子態(tài)的里德堡原子接收到THz輻射時(shí)，由于原子具有較大的光致電離交叉截面，THz光子可以將處于弱
4、束縛態(tài)的里德堡原子電離，完成光電轉(zhuǎn)換，通過離子光學(xué)系統(tǒng)和后續(xù)圖像處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)THz成像。首先從理論層面分析，進(jìn)行里德堡原子特性分析，了解其在電場(chǎng)和THz場(chǎng)中的特性，提高里德堡原子制備和電離的效率和精確度。其次，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證里德堡原子電離與外場(chǎng)參數(shù)的關(guān)系，了解原子密度、真空度、電場(chǎng)強(qiáng)度等條件對(duì)電離過程的影響。最后基于成像系統(tǒng)原理對(duì)作用區(qū)、真空室、接收電路、離子光學(xué)系統(tǒng)等進(jìn)行設(shè)計(jì)和搭建。論文為里德堡原子探測(cè)THz輻射提供了一種新的方式，提出的新型THz成像系統(tǒng)與現(xiàn)有成像技術(shù)相比，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)脈沖和連續(xù)波成像，具有成像速度快，無需機(jī)械掃描，具有波長(zhǎng)選擇性等優(yōu)勢(shì)。因此
5、具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：里德堡原子，斯塔克效應(yīng)，電離，光電轉(zhuǎn)換，THz成像I北京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractTHztechnologyhasgreatscientificvalueandbroadapplicationprospectsinobjectimaging,environmentalmonitoring,medicaldiagnostics,radioastronomy,broadbandmobilecommunications,especiallyinsatellitecommunicationsandmilitaryradar
6、,etc.Ascomparedtomicrowave,X-rayandmagneticresonanceimaging,THzimagingcannotonlygivethedensityinformationoftheobject,butalsogiveinformationofphysicalproperties,suchasdielectricconstant,refractiveindexandabsorptioncoefficient.Thus,THzimagingtechnologyhasbecomeanimportantaspectofTHza
7、pplications.Rydbergatomsintheoutermostlayerofthealkalimetalonlyhaveoneelectron,whentheonlyelectronisexcitedtohigherquantumstates,theelectronbindingenergyofthenucleusbecomesmaller.TheelectroncanbeionizedwhentheelectronabsordTHzphotonenergy,andthephotoelectricconversioncanbeachieved.
8、Inthisthesis,wereportonthe
