太赫兹片状结构化波束的产生及其在成像中的应用

论文摘要

近年来,太赫兹波由于其独特的性质逐渐成为国内外的研究热点,且已经在无损检测、安全检查、医疗和无线通信等领域中得到广泛的应用。太赫兹结构化波束是具有特殊相位波前的太赫兹波束,目前研究较多的太赫兹结构化波束包括太赫兹贝塞尔波束、艾利波束、涡旋波束等。太赫兹高斯波束在经过屋脊棱锥后会产生一种全新的无衍射结构化波束,其在自由空间中传播的形状类似于一个薄片,我们称之为太赫兹片状波束,本文将围绕这种新型结构化波束的产生、优化和应用等方面进行研究。首先对本文制作太赫兹折射型光学器件的方式进行阐述。传统的太赫兹光学器件加工方式工序复杂、耗时很长,而新兴的3D打印技术属于增材制造,将材料逐层堆叠形成三维实体,无需后续的处理,可以快速高效地制作太赫兹光学器件。本文以柱透镜为例阐述了基于3D打印技术设计制作太赫兹光学器件的基本流程,并在实验中证明3D打印太赫兹柱透镜具有与商用太赫兹柱透镜相仿的聚焦性能。然后对太赫兹片状波束的产生和优化进行重点研究。基于FDTD数值仿真对太赫兹片状波束的传播性质进行了定义,并研究了屋脊棱锥的底角对出射太赫兹片状波束最大无衍射距离的影响,在0.3 THz下实验产生了太赫兹片状波束,实验结果与仿真符合较好。随后为了增加太赫兹片状波束的无衍射距离,设计了一种三镜结构对其进行优化,实验结果显示优化后的太赫兹片状波束最大无衍射距离增加了一倍以上。最后对太赫兹片状波束在成像中的应用进行探索研究。使用太赫兹片状波束在0.3THz下进行了实际成像实验,结果表明样品放置在至少175 mm的范围内均可以得到清晰的成像效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 太赫兹波
•   1.2 太赫兹调制器件
•   1.3 结构化光束
•   1.4 本论文主要内容
• 2 太赫兹结构化波束的研究手段与产生方法
•   2.1 基于时域有限差分算法的数值仿真
•   2.2 基于角谱传播理论的数值仿真
•   2.3 3D打印技术简介
•   2.4 本章小结
• 3 基于3D打印技术设计制作太赫兹柱透镜
•   3.1 柱透镜的应用背景与光学原理
•   3.2 太赫兹柱透镜的设计与数值仿真
•   3.3 太赫兹柱透镜的3D打印制备及实验测定
•   3.4 本章小结
• 4 太赫兹片状结构化波束的产生和优化
•   4.1 太赫兹片状波束的原理与数值仿真
•   4.2 太赫兹片状波束的实验产生
•   4.3 使用三镜结构优化太赫兹片状波束
•   4.4 本章小结
• 5 太赫兹片状波束在成像中的应用
•   5.1 片状波束成像原理
•   5.2 使用太赫兹片状波束的成像实验
•   5.3 本章小结
• 6 总结与展望
•   6.1 全文总结
•   6.2 前景展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张涵祎

导师: 王可嘉

关键词: 太赫兹波,打印技术,结构化波束,无衍射波束,太赫兹成像

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,仪器仪表工业,无线电电子学

单位: 华中科技大学

分类号: O441.4;TH74

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.000746

总页数: 67

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