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第1章 绪论 1

1.1 太赫兹频谱范围 1

1.2 太赫兹研究的历史 5

1.2.1 20世纪早期的研究 7

1.2.2 1920年—1940年 8

1.2.3 1940年—1950年 10

1.2.4 1950年—1960年 11

1.2.5 1960年—1970年 13

1.2.6 1970年—1980年 14

1.2.7 1980年—1990年 15

1.3 更加关注太赫兹的原因 17

第2章 太赫兹频段的光学理论 22

2.1 高斯波束基础 23

2.2 高斯波束的传输 27

2.3 高斯波束的耦合 32

2.4 材料对辐射的吸收和谐振效应 35

2.5 物质与太赫兹波的非线性相互作用 39

2.6 偏振光 40

2.7 斯托克斯参量 41

2.8 啁啾 42

第3章 太赫兹光学器件 46

3.1 引言 46

3.2 反射与吸收 47

3.3 用于透波窗口、滤波器和透镜的材料 48

3.3.1 聚乙烯（PE） 48

3.3.2 聚丙烯（PP） 49

3.3.3 聚苯乙烯 49

3.3.4 聚四氟乙烯（PTFE，特氟纶） 50

3.3.5 聚4-甲基-1-戊烯（PMT,TPX） 50

3.3.6 Tsurupica（Picarin） 50

3.3.7 聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET,Mylar） 50

3.3.8 聚对二甲苯 50

3.3.9 荧光金 51

3.3.10 Zitex 51

3.3.11 晶态石英 51

3.3.12 蓝宝石（Sapphire） 52

3.3.13 硅（Si）、锗（Ge） 53

3.3.14 金刚石 53

3.3.15 碱卤化物 54

3.3.16 KRS-5 55

3.3.17 材料选择 55

3.4 窗口 56

3.5 滤波器 57

3.5.1 黑色聚乙烯（PE）吸收滤波器 58

3.5.2 碱卤化物滤波器（Yoshinaga滤波器） 58

3.5.3 散射滤波器 59

3.5.4 剩余射线滤波器 59

3.5.5 谐振栅网滤波器 60

3.5.6 厚金属平板滤波器 62

3.5.7 冷滤波器 63

3.6 抗反射膜层 64

3.7 透镜 65

3.8 反射镜 66

3.9 光管 68

3.10 光汇聚器及Winston锥 69

3.11 起偏器和偏振态变换器 71

3.12 分束器 74

3.13 衰减器 75

3.14 吸收器和吸收材料 76

3.15 透镜-天线系统 77

3.16 波导和喇叭天线 81

3.17 光子带隙材料和超材料 82

第4章 太赫兹波源 91

4.1 引言 91

4.2 热发射 92

4.3 实际热辐射源 94

4.3.1 碳晶灯 94

4.3.2 等离子体辐射源 94

4.4 气体激光器 97

4.4.1 电激励气体激光器 97

4.4.2 光激励气体激光器 99

4.5 块状半导体激光器 106

4.5.1 锗激光器 107

4.5.2 光学激励硅载施主产生激射 112

4.6 量子级联激光器 114

4.6.1 运转原理 114

4.6.2 性能 117

4.7 光混频产生太赫兹辐射 121

4.7.1 低温生长砷化镓 122

4.7.2 肖特基二极管 122

4.7.3 金属-绝缘体-金属二极管 123

4.7.4 光电二极管 124

4.8 谐波产生 125

4.9 返波振荡器 128

4.10 Smith-Purcell（史密斯-帕塞尔）源 131

4.11 回旋管 134

4.12 基于相对论电子的太赫兹源 136

4.12.1 电子储存环产生相干同步加速辐射 138

4.12.2 直线加速器产生相干同步加速辐射 141

4.12.3 自由电子激光器 141

4.13 参量振荡器 145

第5章 探测器 150

5.1 简介 150

5.1.1 探测器的制冷 151

5.2 探测器理论 153

5.2.1 探测器参数 153

5.2.2 探测器参数间的关系 154

5.2.3 过量噪声来源 158

5.3 热探测器 159

5.3.1 高莱探测器 162

5.3.2 热释探测器 164

5.3.3 热电堆 168

5.3.4 功率计 169

5.3.5 半导体测辐射热计 172

5.3.6 超导测辐射热计 175

5.3.7 室温下的微型测辐射热计 178

5.4 光电导探测器 179

5.4.1 非本征锗探测器 184

5.4.2 锑化铟探测器 187

5.4.3 GaAs探测器 191

5.4.4 阻止杂质带探测器 192

5.5 外差检波法 194

5.5.1 外差检测理论 196

5.5.2 肖特基二极管混频器 201

5.5.3 超导体-绝缘体-超导体混频器 207

5.5.4 热电子测辐射热计混频器 211

第6章 频谱研究方法 217

6.1 引言 217

6.2 光栅频谱仪 221

6.3 傅里叶变换频谱仪 225

6.3.1 色散傅里叶变换频谱仪 230

6.4 偏振干涉仪（Martin-Puplett干涉仪） 231

6.5 法布里珀罗（F-P）干涉仪 234

6.6 时域频谱仪 236

6.6.1 太赫兹脉冲产生和探测的简化模型 242

6.6.2 应用 246

6.7 相干波源频谱仪 248

6.7.1 基于倍频源的频谱仪 249

6.7.2 使用返波振荡器的频谱仪 250

6.7.3 基于可调谐太赫兹边带产生的频谱学 253

6.7.4 基于差频产生的频谱学 255

6.8 外差频谱学 257

6.8.1 系统方面 258

6.8.2 后端频谱仪 260

6.8.3 外差频谱仪示例 262

第7章 太赫兹成像 264

7.1 引言 264

7.2 成像基础 267

7.3 类相机成像 270

7.3.1 对比度形成 270

7.3.2 直接探测器成像 273

7.3.3 外差成像 276

7.3.4 三维外差成像 277

7.4 短距成像 279

7.4.1 连续波及长脉冲波源成像 280

7.4.2 基于光混频器的成像 280

7.4.3 量子级联激光器成像 281

7.4.4 连续波源实时成像 282

7.4.5 光谱成像 282

7.4.6 量子级联激光器的三维成像 284

7.4.7 时域光谱成像 286

7.4.8 基于时域光谱仪的光谱成像 286

7.4.9 基于时域光谱仪的三维成像 288

7.4.10 时域光谱仪的实时成像 290

7.5 近场显微 290

7.5.1 基于光阑的近场扫描显微镜 291

7.5.2 无光阑近场扫描光学显微镜 294

缩略语 299

符号 303

参考文献 306