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1、基于光導(dǎo)天線的太赫茲近場研究TerahertzNear-fieldStudyBasedonthePhotoconductive-antenna領(lǐng)域：光學(xué)工程作者姓名：許悅紅指導(dǎo)教師：韓家廣教授企業(yè)導(dǎo)師：季海兵高級(jí)工程師天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院二零一五年十二月摘要如今，太赫茲技術(shù)已經(jīng)成為涉及公共安全、軍事國防和國民經(jīng)濟(jì)等國家核心利益的前沿研究領(lǐng)域。以往太赫茲測量技術(shù)中通常以遠(yuǎn)場測量為主，如常用的太赫茲時(shí)域光譜儀，但是在傳統(tǒng)遠(yuǎn)場成像系統(tǒng)中存在著衍射極限，空間分辨率受到限制。在太赫茲波段，為了突破衍射極限，達(dá)到亞波長
2、的空間分辨率，一系列的太赫茲近場探測方法應(yīng)運(yùn)而生，特別是基于光導(dǎo)天線的探針探測方法，為可掃描的太赫茲近場測量提供了可能。本文詳細(xì)介紹基于光導(dǎo)天線的太赫茲近場研究中的進(jìn)展，主要包括以下四個(gè)方面：1.通過簡要介紹太赫茲相關(guān)的基本概念及其重要的性能和應(yīng)用，分析總結(jié)近年來發(fā)展的太赫茲近場的探測方法。2.運(yùn)用中心波長為800nm的飛秒激光器，采用光纖耦合的光導(dǎo)探針，搭建近場可掃描的太赫茲光譜儀（NSTM）。通過性能檢測得出該系統(tǒng)的帶寬為0.2-1.5THz，太赫茲光斑均勻，能同時(shí)獲得振幅和相位信息，并滿足各種實(shí)驗(yàn)需求，方便靈活，
3、具有三維掃描的功能。3.將NSTM系統(tǒng)用于太赫茲SPs傳播情況的檢測。通過理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明利用對(duì)偏振態(tài)敏感的具有矩形孔陣列的金屬結(jié)構(gòu)可制作出很多功能性的太赫茲表面波器件。4.將NSTM系統(tǒng)用于三維空間太赫茲場的掃描和太赫茲光譜的檢測。通過理論設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明基于C型諧振環(huán)設(shè)計(jì)的太赫茲透鏡陣列的單個(gè)透鏡展現(xiàn)出很好的聚焦效果，可用于對(duì)太赫茲波前畸變的檢測。并且可用其探究自然和人工材料的光學(xué)性質(zhì)。通過本文論述，NSTM系統(tǒng)將有可能廣泛應(yīng)用于人工微結(jié)構(gòu)、石墨烯、表面等離子激元、波導(dǎo)傳輸、近場成像、生物樣品檢測、芯片檢測
4、等研究領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：太赫茲近場光導(dǎo)天線時(shí)域光譜系統(tǒng)表面等離子激元人工微結(jié)構(gòu)ABSTRACTRecently,terahertzradiationhasbeenabranchofcutting-edgescienceandtechnologyinvolvingmanyfieldssuchaspublicsecurity,militarydefenseandnationaleconomy.Inthepast,far-fieldmeasurementswerewidelycarriedoutbasedonterahertzt
5、ime-domainspectroscopy.Butthespatialresolutionislimitedbyfar-fielddiffractioneffect.Inordertobreakdiffractionlimitsandgainsub-wavelengthspatialresolutioninterahertzfrequencyregion,aseriesofnear-fielddetectionmethodscameintobeing.Thephotoconductive-antennatipdeli
6、versthepossibilityofnear-fieldmeasurementsofterahertzwaves.Inthispaper,recentprogressofnear-fieldscanningterahertzmicroscopysystemwithphotoconductive-antennatipwasintroducedindetail.Theworkismainlyinthefollowingfouraspects:1.Afterintroducingthebasicconceptandimp
7、ortantnatureandapplicationsofterahertz,weanalyzedandsummarizedthenear-fielddetectionmethodsintheseyears.2.Usingthefemtosecondlaserwhosecenterwavelengthis800nmandthephotoconductive-antennatipdetectorcoupledwithfiber,weconstructedfibernear-fieldscanningterahertzsp
8、ectroscopy(NSTM).Thefrequencybandwidthwasfrom0.2THzto1.5THzandtheterahertzspotwascircularanduniformafterperformancetest.Alsotheamplitudeandphaseoftheterahertzfieldwer
