激光尾波场产生太赫兹辐射的机理研究.pdf

长春理工大学
硕士学位论文
激光尾波场产生太赫兹辐射的机理研究
姓名:曲雯瑾
申请学位级别:硕士
专业:理论物理
指导教师:李永大
20100301
摘要体波的色散关系和等离子体中电磁波的色散关系力缈:睾稀能量达到几十个∥。牟陀τ檬艿轿锢硌Ы绲墓惴汗刈ⅰ1韭畚难芯肯咝模式转换由强激光短脉冲与等离子体作用产生超强太赫兹辐射的机理。根据激光等离子体相互作用理论,分析了线性模式转换产生的必要条件:等离子计算出等离子体波转换成电磁辐射的转换效率可达%。进行了一维、二维粒子模拟,并得到等离子体尾波场辐射时空图、等离子体密度分布呈线性和指数态的发射频谱,以及一系列相关图像。分析表明:电场振幅可达痬,电磁辐射功率可达,关键词:太赫兹辐射,激光尾波场,线性模式转换,等离子体波,发射频谱太赫兹辐射
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作者签名:却疑字卫年三月粤廖锄旦≥一立长春理工大学硕士学位论文原创性声明长春理工大学学位论文版权使用授权书品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文作者及指导教师完全了解“长春理工大学硕士、博士学位论文版权使用规定”,同意长春理工大学保留并向中国科学信息研究所、中国优秀博硕士学位论文全文数据库和系列数据库及其它国家有关部门或机构送交学本人郑重声明:所呈交的硕士学位论文,《激光尾波场产生涞幕研究》是本人在指导教师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作位论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权长春理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名:导师签名日
了波段第一章绪论弟一早三百粄~.每太赫兹甴,辐射是对一个特定波段电磁辐射的统称,它在电磁波谱中位于微波和红外辐射之间,振荡频率为左右。在电子学领域,这一频段的电高可达的波,包括了整个中、远红外波段。§首先,让我们在数量上对太赫兹波作一个认识。一个振荡频率为的电磁波,它的振荡周期为—嘤Φ牟ǔなR桓銎德饰庾拥哪芰是对应于个波数,它的特征温度是W匀唤缰杏涤写罅康奶ê兆确赫兹波段的高效率的发射源和灵敏的探测器,且与成熟的微波、光学技术相比仍然十相当长的一段时期很少有人问津,以至于形成了远红外和亚毫米波之间的所谓“太赫兹№畿№￡溆/悯科学研究在由其两侧向太赫兹波段迈进的过程中所遭遇的困难是由太赫兹波段在电磁波谱中所处的位置决定的。在太赫兹波段的长波方向是传统电磁学缱友的磁波又被称为亚毫米波或毫米波;而在光谱学领域,则被称为远红外射线。┦,生物界中物体的热辐射都是在太赫兹波段。早在上世纪年代就已经有学者对太赫兹辐射产生了浓厚的兴趣,但由于缺乏太分落后,苦于未能找到具有高效能、低成本、且在室温下稳定运转的太赫兹辐射源,所以在上世纪年代中期以前,科学家对于该波段电磁辐射性质的了解非常有限,在空隙”⋯
领域;而它的短波方向则是光学的研究范围。在这两个领域中,电磁波波源的工作方式、操作电磁波所应用的元器件及描述其与物质相互作用的物理表述等都有很大的不同。低频电磁波的发射来源于电荷的宏观运动。当电磁场的振荡频率达到太赫兹波段子元器件无法适用于太赫兹波段,必须开发更快速和更小尺度的电子元器件来满足这波段的需求。光波则来源于电子的量子跃迁,相当于太赫兹辐射光子能量的两个能级之差只有毫电子伏。这一能级差甚至小于大多数晶体光学声子的能量,因此受到热弛豫效应的严重影响。要获得这一波段高效率的光源,必须有效的避免热弛豫的影响,般远大于操作该电磁场的元器件尺寸,因此在处理电磁场与元器件相互作用时,可以把电磁场看作是均匀的。与此相反的,光学元器件的尺寸则远大于光波长,所以在研究光学问题时,则认为介质在光学波长范围内是均匀的,不再假设光场均匀。在处理太赫兹辐射与物质相互作用时,以上两种近似就往往都不能严格成立了,因此需要谨慎分析具体情况。太赫兹波结合了电子学和光学这两方面的知识,为了对该波段的电磁波进行深入的研究和开发利用,就要结合电子学和光学这两方面的知识开发出全新的技术和元器件用以满足太赫兹波的特性,这就是为什么在很长的一段时间里电磁波谱旱太赫兹波难以发展的原因。在过去的几十年中,超快激光技术得到了快速的发展,这保证了太赫兹脉冲能够波频段的发射、反射和透射光谱中包含有丰富的物理和化学信息,与传统光源相比,太赫兹波辐射源具有良好的相干性、低能性、高穿透性等独特的性质,与太赫兹