太赫兹光学差频源 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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黄志明 著

图书标签:

• 太赫兹
• 光学
• 差频
• 光源
• 非线性光学
• 光谱学
• 电磁波
• 材料科学
• 物理学
• 光学工程

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030475596

版次：1

商品编码：11967296

包装：平装

丛书名： 光电子科学与技术前沿

开本：16开

出版时间：2016-05-01

用纸：胶版纸

页数：143

字数：201000

正文语种：中文

内容简介

《太赫兹光学差频源》首先对现有的众多原理实现的太赫兹源及探测器进行了简单介绍，然后选择了发展输出功率高、频率调节范围宽、单色性好、可室温工作的基于非线性光学差频产生太赫兹源。《太赫兹光学差频源》重点介绍了作者近些年来在太赫兹光学差频产生方面开展的多种高功率、可调谐太赫兹源的实验研究结果，主要包括基于掺镁铌酸锂晶体参量效应的太赫兹可调谐参量辐射源，基于各向同性晶体的太赫兹无角度调谐源和基于硒化镓及掺硫硒化镓晶体双折射效应的太赫兹共线差频源。

内页插图

目录

目录
丛书序
序言
前言
第1章 概述 001
1.1 太赫兹波 001
1.2 太赫兹辐射特性 003
1.2.1 极性分子指纹识别性 003
1.2.2 非极性分子透视性 003
1.2.3 人体的安全性 003
1.2.4 频带与波长双优势性 003
1.3 太赫兹技术应用 004
1.3.1 太赫兹天文探测 004
1.3.2 太赫兹遥感 004
1.3.3 太赫兹成像 006
1.3.4 太赫兹光谱 007
1.3.5 太赫兹通信 007
1.3.6 太赫兹雷达 008
1.4 国内外研究发展状况 008
1.5 太赫兹的产生 010
1.5.1 光学产生方法 011
1.5.2 电子学产生方法 018
1.6 太赫兹探测技术 020
1.6.1 直接探测 021
1.6.2 外差探测 024
1.7 太赫兹产生和探测方法比较 027
参考文献 028
第2章 非线性光学差频及参量产生理论 033
2.1 非线性差频的三波耦合方程 033
2.1.1 介质中的非线性波动方程 034
2.1.2 太赫兹差频辐射的耦合波方程 035
2.1.3 太赫兹差频辐射功率及Manley-Rowe关系 036
2.2 相位匹配 038
2.2.1 双折射效应相位匹配 039
2.2.2 准相位匹配 041
2.2.3 非共线相位匹配 043
2.2.4 部分各向同性晶体共线相位匹配 043
2.3 太赫兹参量产生作用原理 044
参考文献 047
第3章 掺镁铌酸锂晶体太赫兹参量产生源 049
3.1 太赫兹参量源研究背景 049
3.2 铌酸锂晶体光学性质 051
3.3 铌酸锂晶体参量辐射产生原理 052
3.4 铌酸锂晶体参量辐射产生数值计算 053
3.5 掺镁铌酸锂晶体太赫兹参量产生源实验研究 056
3.5.1 太赫兹参量产生源实验配置 056
3.5.2 太赫兹参量产生实验结果与分析 058
参考文献 060
第4章 各向同性晶体太赫兹共线差频源 062
4.1 各向同性半导体共线差频理论分析 062
4.2 各向同性晶体室温共线太赫兹共线差频实验 063
4.2.1 差频泵浦源介绍 063
4.2.2 各向同性晶体太赫兹共线差频实验光路图 065
4.3 基于碲化镉晶体室温太赫兹共线差频研究 066
4.3.1 碲化镉晶体太赫兹共线差频辐射理论分析 066
4.3.2 碲化镉晶体太赫兹共线差频辐射实验结果及分析 068
4.4 基于磷化镓晶体室温共线太赫兹差频实验研究 069
4.4.1 本征磷化镓晶体太赫兹共线差频辐射理论分析 069
4.4.2 磷化镓晶体太赫兹共线差频辐射实验结果及分析 071
4.5 基于n型磷化镓晶体变温共线太赫兹差频实验 072
4.5.1 n型磷化镓晶体变温太赫兹共线差频实验光学系统 072
4.5.2 n型磷化镓晶体变温太赫兹共线差频实验结果及分析 072
参考文献 075
第5章 相位失配与材料吸收对太赫兹差频功率的影响 077
5.1 实验模型 078
5.2 相位匹配且无晶体吸收条件下的情形 078
5.3 相位匹配但有晶体吸收条件下的情形 079
5.4 相位失配但无晶体吸收条件下的情形 081
5.5 相位失配并有晶体吸收条件下的情形 084
参考文献 086
第6章 硒化镓及掺硫硒化镓晶体太赫兹差频源 088
6.1 硒化镓及掺杂晶体光学性质 089
6.1.1 硒化镓晶体性质 089
6.1.2 掺硫硒化镓晶体性质 091
6.2 硒化镓差频产生中红外的实验研究 095
6.2.1 差频参数理论分析 095
6.2.2 差频实验结果 098
6.3 硒化镓差频产生太赫兹波的实验研究 102
6.3.1 实验配置 102
6.3.2 实验结果与分析 105
6.4 掺硫硒化镓晶体太赫兹共线差频实验研究 111
6.4.1 掺硫硒化镓晶体差频理论分析 111
6.4.2 掺硫硒化镓晶体太赫兹共线差频实验 112
6.4.3 太赫兹共线差频实验结果及分析 113
6.5 太赫兹传输特性研究 116
6.5.1 太赫兹差频源远距离探测 116
6.5.2 太赫兹目标特性研究 119
6.6 基于外部级联二次差频提高太赫兹波转换效率的分析 120
参考文献 123
第7章 多种其他晶体太赫兹差频特性 126
7.1 材料基本特性 126
7.1.1 ZnGeP 2晶体 126
7.1.2 CdSe晶体 127
7.1.3 AgGaS 2晶体 128
7.1.4 AgGaSe 2晶体 129
7.2 太赫兹差频特性 129
7.2.1 相位匹配角 130
7.2.2 有效非线性系数 132
7.2.3 走离角 132
7.2.4 允许角 134
7.3 晶体品质因数比较 136
参考文献 137
索引 139
后记 144

前言/序言

好的，这是一本关于太赫兹光学差频源的书籍简介，侧重于该领域的基础理论、关键技术和前沿应用，而不提及具体的“太赫兹光学差频源”一书本身。 --- 深入探索太赫兹波段的产生、传播与应用：一个多维度的技术综述 本书旨在为对太赫兹（Terahertz, THz）科学与技术感兴趣的研究人员、工程师和高级学生提供一个全面而深入的视角，涵盖太赫兹波段的物理基础、关键产生机制、探测技术以及在多个前沿领域的应用潜力。本书不局限于单一的产生方法，而是对当前主流的、以及新兴的太赫兹辐射源的原理、性能和局限性进行了详尽的梳理与比较。 第一部分：太赫兹波段的物理基础与特性 本部分首先系统回顾了电磁波谱中介于微波和红外光之间的太赫兹频段（通常定义为 $0.1 ext{ THz}$ 至 $10 ext{ THz}$）的独特性质。我们将详细探讨太赫兹波在不同介质中的传播特性，包括其在空气中的强吸收、与物质的指纹光谱响应，以及其穿透非极性材料（如塑料、衣物、纸张等）的能力。 关键内容包括： 太赫兹辐射的量子力学与经典电磁学描述： 阐述如何利用经典电磁理论和半经典模型来理解太赫兹波的产生与相互作用。 大气传输窗口与吸收谱线： 分析水蒸气等分子在太赫兹波段的特征吸收，这对远距离传输和光谱应用至关重要。 材料的太赫兹响应： 深入讨论不同材料（导体、半导体、介质、生物组织）对太赫兹波的复折射率响应，这是太赫兹成像和传感的基础。 第二部分：太赫兹辐射源的关键技术与原理 本部分是本书的核心，着重于介绍当前用于产生高功率、高相干性太赫兹辐射的各种技术路线。我们将从不同物理机制出发，对当前主流的辐射源进行分类论述，并详细剖析其背后的物理过程和工程实现挑战。 2.1 基于光电子学的辐射源技术 光电子学方法利用超快激光与半导体或非线性晶体相互作用来产生宽带或窄带太赫兹辐射，因其高带宽和易于调谐的特性，在太赫兹时域光谱学（THz-TDS）中占据主导地位。 光电导天线（PCA）的驱动机制： 详细解析飞秒激光脉冲激发半导体表面等离子体振荡或光伏效应的物理模型，以及如何优化天线结构（如双极结构、弓形结构）以提高辐射效率。 表面等离激元增强： 探讨如何通过纳米结构和表面等离子体共振现象，显著增强光电流的产生和太赫兹辐射的强度。 非线性光学效应： 重点分析基于激光与非线性晶体（如 $ ext{LiNbO}_3$）相互作用的光参量振荡和频率转换机制。这包括对光学整流（OR）和逆多斯克效应（IMD）的深入研究，特别是它们在产生窄带、高功率太赫兹波方面的潜力。 2.2 基于电子束的辐射源 电子束技术，特别是涉及高能加速电子的装置，是产生高功率、窄线宽太赫兹波的传统有力工具。 自由电子激光器（FEL）与微波电子学： 讨论基于真空电子器件（如磁控管、速调管）和新型FEL结构（如回旋加速器、直线加速器）在太赫兹波段的放大和产生原理。重点分析束流质量、谐波选择和波导结构设计对输出功率的影响。 真空中的非线性耦合： 探讨高能电子束与周期性结构相互作用（如特拉赫兹辐射源 Terasic Radiation Source）的机理，以及如何通过调整电子束的能量和密度来精确控制输出频率。 2.3 基于半导体器件的固态源 随着半导体工艺的发展，集成电路技术在太赫兹频率范围的应用日益成熟。 晶体管与集成电路： 分析高性能异质结双极晶体管（HBT）和互补金属氧化物半导体（CMOS）技术在太赫兹频段的性能极限，以及如何通过混频器、倍频器和锁相环（PLL）技术，实现频率合成与锁定。 量子级联激光器（QCL）： 详细阐述 QCL 中电子在能级间的垂直跃迁机制，以及如何通过结构工程设计来定制发射波长，特别是在中红外到太赫兹低频段的调谐能力。 第三部分：太赫兹波探测与表征技术 有效利用太赫兹波依赖于灵敏、快速和高分辨率的探测技术。本部分系统回顾了用于捕获太赫兹辐射的各种探测器及其工作原理。 时域探测器： 深入解析光导天线和泵浦-探测（Pump-Probe）技术在太赫兹时域分析中的应用，重点关注如何实现皮秒甚至飞秒时间分辨能力。 频域探测器： 讨论基于热力学效应（如焦热效应、玻尔兹曼调制）的探测器，包括其在扫描近场显微镜（s-SNOM）中的应用。 高性能光谱探测器： 介绍在低温环境下工作的超导探测器（如 HEB, SIS 混频器），及其在实现极高灵敏度和超窄线宽测量中的关键作用。 第四部分：太赫兹科学与工程的前沿应用 太赫兹技术因其独特的穿透性和光谱特征，正在多个高技术领域展现出巨大的应用潜力。本书在最后部分聚焦于这些前沿领域，展示不同辐射源技术如何服务于特定的应用需求。 太赫兹成像与安检： 讨论基于太赫兹波的无损检测技术，包括穿透性成像在安全检查、质量控制（如芯片封装、药物片剂均匀性）中的应用，以及如何解决大气衰减和系统分辨率的挑战。 高精度光谱学： 阐述如何利用窄带、高相干性的太赫兹源进行分子和材料的指纹识别，特别是在气体、爆炸物和生物活性分子的检测方面。 太赫兹通信与雷达： 探讨太赫兹波段在 $6 ext{G}$ 及未来通信系统中的潜力，包括其高带宽的优势与信道衰落问题的应对策略。同时，分析太赫兹波在短距离高分辨率雷达系统中的设计考量。 生物医学应用： 总结太赫兹在非电离辐射下的生物组织成像和水含量测定中的研究进展，强调其在早期疾病诊断中的前景。 本书力求通过对不同辐射源工作原理的剖析，突出不同技术路线在性能参数（如频率范围、带宽、功率、相干性）上的权衡与互补，为读者在太赫兹系统设计和前沿研究中提供坚实的理论基础和技术参考。

评分☆☆☆☆☆

作为一名光学工程的在读博士生，我一直在寻找能够深入理解太赫兹波产生机制，特别是差频技术核心的书籍。《太赫兹光学差频源》这本书，光看书名就让我眼前一亮。我猜测，书中会从基础的光学理论出发，详细介绍非线性光学现象，特别是二次非线性光学效应在产生太赫兹波中的作用。我非常希望书中能详细阐述不同类型的非线性晶体，如GHG、BBO、PPLN等，它们的光学特性、非线性系数以及在太赫兹差频过程中的具体应用。更重要的是，我期待书中能够深入分析影响差频效率的关键因素，例如相位匹配条件、泵浦光功率、晶体长度等，以及如何通过理论计算和实验优化来提升太赫兹输出的强度和带宽。如果书中还能涉及一些新型的太赫兹差频源结构，或者对现有技术的改进方案进行讨论，那就更具启发性了。我渴望通过这本书，能够更扎实地掌握太赫兹差频源的设计与优化方法。

评分☆☆☆☆☆

我的工作涉及到需要对物质进行无损检测，而太赫兹成像技术因其独特的穿透性和谱学信息，正逐渐成为一种有力的工具。我手头的这本《太赫兹光学差频源》，其书名直接点明了核心技术，让我对它抱有极高的期望。我猜想，书中会详尽地阐述太赫兹差频源的各种工作模式和技术路线，包括但不限于连续波（CW）和脉冲式差频源的原理对比，以及它们在不同应用场景下的适用性。我特别希望书中能够深入讲解如何通过精确控制泵浦激光的波长、功率和光束质量，来优化太赫兹输出的中心频率、光谱宽度和功率密度。此外，我对于如何实现高功率、高稳定性和高重复频率的太赫兹差频源非常感兴趣，这直接关系到成像系统的分辨率和检测效率。如果书中还能涉及到太赫兹差频源的校准、维护以及与探测器的配合等实用技术，那将对我解决实际问题提供极大的帮助。

评分☆☆☆☆☆

我最近在学习一种叫做“太赫兹光学差频源”的设备，它在科学研究和工业应用中都扮演着越来越重要的角色。我手上的这本书，书名赫然写着《太赫兹光学差频源》，这让我对接下来的阅读充满了期待。我猜测，这本书应该会详细介绍太赫兹波的产生机制，尤其是利用非线性光学效应，通过两束不同频率的激光在特定介质中发生相互作用，从而产生频率为两者之差的太赫兹辐射。我希望书中能够深入剖析不同非线性晶体的选择标准、晶体结构的优化对差频效率的影响，以及温度、功率等参数对太赫兹输出特性的调控。此外，我非常感兴趣的是，书中是否会探讨如何提高太赫兹差频源的功率、转换效率和带宽，以及如何克服技术上的瓶颈，例如材料的损伤阈值、相位匹配问题等等。如果书中还能提供一些实际的设计方案和实验数据，那就再好不过了，这将极大地帮助我理解这个复杂的技术。我迫不及待地想翻开这本书，一探究竟。

评分☆☆☆☆☆

对于我们这些在光学领域摸爬滚打多年的研究者来说，太赫兹波的产生一直是一个充满挑战却又引人入胜的课题。当我看到《太赫兹光学差频源》这本书名时，心中涌起一股莫名的兴奋。我猜测，这本书一定深入探讨了利用光学参量振荡（OPO）或者二次谐波产生（SHG）等原理，通过非线性晶体来实现太赫兹波的高效产生。我尤其关注书中对各种非线性材料的性能比较，例如周期性极化铌酸锂（PPLN）、氧化硼酸盐（BBO）等，以及它们在太赫兹差频源中的应用优势和局限性。我相信，作者一定对如何优化晶体的结构设计、提高泵浦光的利用效率、实现宽带太赫兹输出等方面有着独到的见解。此外，我非常希望书中能够涵盖关于太赫兹差频源的稳定性、可靠性以及小型化、集成化方面的研究进展，这对于推动太赫兹技术的实际应用至关重要。这本书对我来说，无疑是一份珍贵的精神食粮，我渴望从中汲取新的知识和灵感。

评分☆☆☆☆☆

这本书我早就听说过，一直想找机会拜读一下。标题《太赫兹光学差频源》听起来就很有深度，我猜想里面一定充满了令人振奋的理论和前沿的实验细节。我特别好奇作者是如何将如此复杂的概念，比如非线性光学效应、晶体材料特性，以及如何通过精确控制激光参数来产生太赫兹波，这些内容讲解得清晰易懂的。我曾经接触过一些关于光学和物理学的基础知识，但对于太赫兹这个领域，我的认知还停留在比较表面的阶段。我希望这本书能够引领我进入这个神秘的太赫兹世界，让我理解它为什么如此特别，在通讯、成像、安检等领域有着如此广阔的应用前景。我期待看到书中对不同类型差频源的原理、结构设计、效率优化等方面的详细论述，以及它们各自的优缺点对比。如果能包含一些实际的实验案例分析，或者对未来发展趋势的预测，那就更完美了。毕竟，对于一个求知欲旺盛的读者来说，一本能够激发思考、拓展视野的书，无疑是最宝贵的财富。我正在寻找能够深入理解太赫兹技术背后原理的书籍，而这本书的标题正是我所期盼的。