第1章 THz波产生、探测与应用概述 1
1.1 引言 1
1.2 THz波的产生 1
1.3 THz波的探测 3
1.4 THz波的应用 5
1.5 小结 7
参考文献 8
第2章 THz场与低维半导体的相互作用及高场电子输运 12
2.1 THz场与异质结的相互作用 12
2.1.1 引言 12
2.1.2 THz场作用下异质结的电子输运 12
2.1.3 THz场作用下异质结的多光子辅助吸收 20
2.1.4 THz场感生的异质结带间碰撞离化 23
2.1.5 小结 27
2.2 THz场作用下量子阱的光吸收 27
2.2.1 引言 27
2.2.2 光场作用下量子阱中电子的哈密顿量 28
2.2.3 量子阱子带间泵浦-探测光吸收 30
2.2.4 量子阱子带跃迁的相干控制 34
2.2.5 THz场作用下量子阱子带占据数和吸收 41
2.2.6 THz场作用下量子阱带间光吸收 43
2.2.7 小结 52
2.3 THz场作用下超晶格的光吸收 52
2.3.1 引言 52
2.3.2 准玻色表象及激子运动方程 52
2.3.3 THz场作用下超晶格的光吸收与极化 55
2.3.4 小结 57
2.4 半导体高场电子输运 58
2.4.1 引言 58
2.4.2 多能谷半导体高场电子输运 58
2.4.3 非抛物半导体高场电子输运 61
2.4.4 多能谷非抛物带半导体的碰撞离化过程 64
2.4.5 小结 73
参考文献 73
第3章 电子学THz振荡器与器件模拟 84
3.1 p型量子阱THz负有效质量振荡器 84
3.1.1 引言 84
3.1.2 负有效质量半导体稳态输运 84
3.1.3 THz电流振荡模式与频率 91
3.1.4 小结 94
3.2 基于带内反射点负微分电导的THz振荡器 94
3.2.1 引言 94
3.2.2 基于带内反射点的THz振荡器设计 95
3.2.3 带内反射点THz振荡器模拟 96
3.2.4 小结 98
3.3 隧穿注入渡越时间THz振荡器 99
3.3.1 引言 99
3.3.2 量子传输边界方法 99
3.3.3 器件的直流及小信号输运特性 103
3.3.4 小结 105
3.4 双势垒共振隧穿结构THz振荡器 105
3.4.1 引言 105
3.4.2 维格纳-泊松耦合模型 106
3.4.3 共振隧穿结构的I-V特性 107
3.4.4 共振隧穿结构的THz电流振荡 110
3.4.5 共振隧穿结构快速开关特性 112
3.4.6 小结 117
3.5 半导体器件的流体动力学模拟 117
3.5.1 引言 117
3.5.2 抛物性流体动力学平衡方程器件模拟 117
3.5.3 非抛物能带半导体器件模拟 119
3.5.4 多能谷非抛物能带半导体器件模拟 124
3.5.5 小结 127
参考文献 127
第4章 THz半导体负有效质量振荡器非线性动力学 135
4.1 引言 135
4.2 THz负有效质量振荡器混沌动力学 135
4.2.1 直流偏置下的THz振荡 135
4.2.2 周期态和混沌态之间的转变 143
4.3 THz负有效质量振荡器的场畴模式 148
4.4 THz场作用下电流的庞加莱分支图 151
4.5 THz场作用下电流的功率谱分支图 155
4.6 小结 158
参考文献 158
第5章 THz场作用下微带超晶格非线性动力学 161
5.1 微带超晶格振荡器中时空电场畴和负微分电导 161
5.1.1 引言 161
5.1.2 微带超晶格中的电场畴和负微分电导 161
5.1.3 微带宽度和掺杂浓度的影响 166
5.1.4 小结 168
5.2 THz场作用下微带超晶格中电流的时空同步和混沌 169
5.2.1 引言 169
5.2.2 电场畴与自维持电流振荡 170
5.2.3 同步振荡与电流抑制 171
5.2.4 THz场作用下微带超晶格的混沌动力学 173
5.2.5 小结 177
5.3 THz场与磁场作用下微带超晶格混沌动力学 177
5.3.1 引言 177
5.3.2 超晶格微带电子输运 178
5.3.3 超晶格微带中电子平均速度的演化 180
5.3.4 微带超晶格的混沌动力学特性 182
5.3.5 小结 187
5.4 THz场作用下量子点超晶格中的混沌动力学 187
5.4.1 引言 187
5.4.2 量子点超晶格电子输运 188
5.4.3 速度-电场关系与弛豫频率 189
5.4.4 THz场作用下量子点超晶格的混沌动力学 192
5.4.5 混沌区域与控制参数的依赖关系 197
5.4.6 小结 199
参考文献 199
第6章 石墨烯THz光电特性 203
6.1 引言 203
6.2 石墨烯多量子阱中的共振隧穿 203
6.2.1 石墨烯系统的传输矩阵方法 203
6.2.2 石墨烯多量子阱电子输运特性 206
6.3 石墨烯pn结在THz频段的三阶非线性光电导 212
6.3.1 石墨烯pn结带内和带间光电导理论模型 212
6.3.2 三阶非线性THz光电导 215
6.4 石墨烯在THz频段的五阶非线性光电导 217
6.4.1 石墨烯带间光电导理论模型 217
6.4.2 五阶非线性THz光电导 218
6.5 双层石墨烯纳米带的强THz光电导 220
6.6 小结 223
参考文献 223
第7章 THz半导体量子级联激光器 227
7.1 引言 227
7.2 THz QCL研究进展 227
7.3 THz QCL原理与设计 231
7.3.1 THz QCL基本原理 231
7.3.2 THz QCL有源区设计 232
7.3.3 THz QCL波导设计 238
7.3.4 THz QCL功率增强设计 238
7.4 THz QCL模拟方法 240
7.4.1 量子动力学方法 240
7.4.2 蒙特卡罗方法 242
7.4.3 率方程方法 247
7.5 四阱共振声子THz QCL 248
7.5.1 热声子效应 248
7.5.2 粒子数反转与增益 251
7.5.3 I-V特性 255
7.5.4 温度特性 260
7.6 三阱共振声子THz QCL 266
7.6.1 多体效应 266
7.6.2 参数优化 273
7.6.3 声子阱的影响 283
7.7 一阱注入区共振声子THz QCL 287
7.7.1 电场依赖关系 289
7.7.2 温度依赖关系 293
7.8 THz QCL制备与测量 295
7.8.1 THz QCL材料生长与表征 295
7.8.2 双面金属波导THz QCL 300
7.8.3 半绝缘等离子波导THz QCL 302
7.8.4 光谱测量 305
7.8.5 功率测量 310
7.8.6 光束表征 313
7.9 小结 316
参考文献 316
第8章 THz半导体量子阱探测器 328
8.1 引言 328
8.2 THz QWP探测原理 328
8.3 THz QWP器件模拟 330
8.3.1 模拟方法概述 330
8.3.2 有源区能带计算 331
8.4 THz QWP暗电流 335
8.4.1 暗电流模型 335
8.4.2 理论与实验的暗电流比较 339
8.5 THz QWP光电流谱 340
8.5.1 光电流产生机制 340
8.5.2 光吸收系数 341
8.5.3 理论与实验的光电流谱比较 343
8.6 THz QWP多体效应 344
8.6.1 包括多体效应的能带结构 344
8.6.2 考虑多体效应的光电流谱 346
8.7 THz QWP光栅耦合 348
8.7.1 光栅耦合的基本考虑 348
8.7.2 光栅衍射理论 349
8.7.3 金属光栅设计与优化 351
8.8 THz QWP制备与测量 354
8.8.1 THz QWP制备 354
8.8.2 THz QWP测量 358
8.8.3 THz QWP对THz QCL发射谱的表征 361
8.9 磁场调谐的THz QWP 365
8.9.1 稀磁半导体的色散与吸收模型 365
8.9.2 磁场下吸收峰可调的THz QWP 367
8.10 基于磁阻振荡的新型THz量子阱探测器 369
8.10.1 THz场辐照下量子阱的磁阻振荡 369
8.10.2 新型THz量子阱探测器设计 371
8.11 小结 376
参考文献 377
第9章 THz波的传输 387
9.1 引言 387
9.2 THz波在大气中的传输 387
9.3 THz波在不同介质中的传输 389
9.4 THz波在金属丝波导中的传输 393
9.5 小结 400
参考文献 401
第10章 THz通信 403
10.1 引言 403
10.2 THz局域通信中的光子晶体反射器 403
10.2.1 光子晶体的THz波反射率 404
10.2.2 THz波反射器 406
10.3 THz波的调制 410
10.3.1 THz QCL的直接调制 410
10.3.2 光子晶体对THz波的调制 411
10.4 基于THz QCL和THz QWP的无线通信演示 417
10.4.1 系统构成 417
10.4.2 器件制冷 417
10.4.3 文本传输 419
10.4.4 图片传输 420
10.4.5 音频传输 421
10.5 小结 424
参考文献 424
第11章 THz成像 429
11.1 引言 429
11.2 THz成像分类与特点 430
11.3 基于THz QCL和THz QWP的探测与成像技术 431
11.3.1 THz QCL的锁频技术 431
11.3.2 THz QCL作为本振源的混频技术 431
11.3.3 THz QWP阵列探测技术 432
11.4 基于THz QCL和THz QWP的成像实例 432
11.4.1 基于THz QCL的成像研究进展概述 432
11.4.2 基于THz QCL的主动扫描成像 433
11.4.3 基于THz QWP的被动成像 435
11.4.4 基于THz QWP的透射扫描成像 436
11.4.5 基于THz QCL和THz QWP的计算机断层成像 437
11.5 小结 439
参考文献 439