太赫兹辐射物理及应用PDF电子书下载

第1章 量子阱光电探测器 1

1.1 光电导和光电二极管的基本原理 2

1.1.1 探测器的性能参数 2

1.1.2 太赫兹波段的相关问题 5

1.2 半导体量子阱 5

1.2.1 量子阱 6

1.2.2 掺杂 8

1.3 子带跃迁 9

1.3.1 吸收谱线与选择定则 9

1.3.2 多体效应 11

1.4 多量子阱系统中的输运 12

1.4.1 发射-捕获模型 12

1.4.2 动力学模型 14

1.4.3 隧穿电流 15

1.5 量子阱探测器 16

1.5.1 优化设计 16

1.5.2 光耦合 17

1.5.3 工艺状况 18

1.5.4 量子级联探测器 19

1.6 量子点探测器 21

1.6.1 量子点制备 21

1.6.2 量子点中的跃迁 22

1.6.3 量子点探测器 23

1.6.4 太赫兹QDIP 25

参考文献 25

第2章 太赫兹测辐射热计 32

2.1 热辐射探测 32

2.1.1 测辐射热计原理 33

2.1.2 电热模型 34

2.1.3 噪声源 39

2.1.4 品质因数 41

2.1.5 综合讨论 43

2.1.6 测温计材料 45

2.2 冷却型太赫兹测辐射热计 50

2.2.1 通论 50

2.2.2 冷却型测辐射热计实例 52

2.3 非冷却型太赫兹测辐射热计 57

2.3.1 标准热红外测辐射热计在太赫兹传感中的应用 57

2.3.2 修改了电阻的吸收金属层的测辐射热计 62

2.3.3 太赫兹天线耦合测辐射热计 63

2.4 结论 70

参考文献 71

第3章 太赫兹等离子体场效应晶体管 74

3.1 简介 74

3.2 场效应晶体管的太赫兹发射实验 75

3.3 场效应晶体管的太赫兹探测实验 80

3.3.1 高频模式 81

3.3.2 低频模式 85

3.3.3 非共振探测情况 85

3.3.4 硅FET实现太赫兹探测 88

3.3.5 室温成像 89

3.3.6 外加磁场的影响 90

3.4 双光栅栅极FET探测 91

3.5 总结 93

参考文献 93

第4章 量子级联激光器 99

4.1 背景 99

4.2 量子阱和量子力学隧道效应 100

4.3 QCL激光产生条件 103

4.4 量子级联激光器中的增益 103

4.5 有源区域设计 105

4.6 波导设计和损耗 106

4.7 实验激光器结果范例 110

4.8 太赫兹量子级联激光器的未来需求 113

4.9 总结 115

参考文献 116

第5章 基于相对论电子的太赫兹源：工作原理和ENEA实验 119

5.1 电子和光子相互作用 119

5.2 自由电子激光器机理 121

5.2.1 自发辐射 122

5.2.2 增益 124

5.3 紧凑型FEL 127

5.4 ENEA Frascati FEL设备 129

5.4.1 契伦科夫FEL实验 130

5.4.2 紧凑型波动器FEL实验 132

5.4.3 Smith-Purcell光栅实验 138

5.5 紧凑型先进太赫兹源 140

参考文献 143

第6章 太赫兹射线的物理机制与应用 146

6.1 光参量放大中的腔内太赫兹产生 147

6.2 非线性介质、模式匹配和调谐 149

6.3 系统设计 151

6.4 装置性能和太赫兹特性 153

6.5 增益和阈值计算 155

6.6 太赫兹输出特性 156

6.7 太赫兹光束质量 157

6.8 线宽压缩 159

6.9 腔内太赫兹参量放大技术在远程谱中的应用 163

6.10 ICTPO在远程太赫兹谱中的应用潜力 165

6.11 基于OPO源的太赫兹光谱仪 167

6.12 结论 168

参考文献 169

第7章 太赫兹波的调控 173

7.1 衍射光学 173

7.1.1 设计透镜 174

7.1.2 太赫兹衍射光学的实例 176

7.2 偏振控制 177

7.2.1 基本理论 177

7.2.2 巴比涅补偿器 178

7.2.3 人工电介质 178

7.2.4 太赫兹波段的偏振控制实例 179

7.3 太赫兹滤波器 181

7.3.1 EBG的基本理论 182

7.3.2 实现可调谐太赫兹滤波器 185

7.4 超材料和表面等离子体共振 189

7.5 总结 192

参考文献 193

第8章 太赫兹时域光谱的原理和应用 197

8.1 引言 197

8.2 太赫兹时域光谱的原理 199

8.3 短电磁脉冲的产生和探测 200

8.4 TDS装置的特点 202

8.4.1 带宽 202

8.4.2 频率分辨率 203

8.4.3 空间分辨率 204

8.4.4 TDS装置的信噪比 204

8.4.5 典型的信号和装置 206

8.5 从太赫兹时域光谱测量中提取光学参数的原理 207

8.5.1 时阈测量 208

8.5.2 透射测量的光谱 209

8.5.3 反射测量的光谱 210

8.6 太赫兹时域光谱的应用实例 211

8.6.1 亚波长（约λ／100）薄膜分辨 211

8.6.2 太赫兹域的超材料 215

8.7 太赫兹时域光谱的不确定性和精度 218

8.8 与FTIR测量的比较 221

8.9 结论 222

参考文献 223

第9章 太赫兹安检系统和安全性注意事项 227

9.1 前言 227

9.2 安全威胁和伦理问题 228

9.3 物理原理 228

9.4 对以往主题的回顾（2006—2010） 229

9.5 接近市场可商用化系统的回顾 230

9.5.1 77 GHz相控阵雷达 230

9.5.2 反射阵列 230

9.6 新进展 230

9.6.1 高频雷达 230

9.6.2 量子级联激光器 231

9.6.3 冷却的测辐射热计 231

9.6.4 光子的产生 231

9.6.5 空气击穿相干探测 231

9.6.6 CMOS 232

9.6.7 硅锗 232

9.7 太赫兹安全性 232

9.7.1 简介 232

9.7.2 主要实验数据 234

9.7.3 太赫兹频段EMR与生物材料之间的相互影响机制 235

9.7.4 曝光标准、支撑数据和实验局限 236

9.7.5 DNA“解链”和Fr？hlich假设 238

9.7.6 太赫兹EMR的安全性 240

9.8 结论 241

参考文献 242