基于光子混頻的連續(xù)太赫茲輻射產(chǎn)生及應(yīng)用研究.pdf

1、基于光子混頻的連續(xù)太赫茲輻射源具有線寬窄、可調(diào)諧范圍寬、結(jié)構(gòu)簡單、室溫工作及價格低等優(yōu)點，在太赫茲光譜、成像及傳感等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，近年來成為國內(nèi)外研究的熱點之一。然而光子混頻能量轉(zhuǎn)化效率、光電導(dǎo)天線輻射效率等因素限制了該輻射源的實際應(yīng)用。
　　 本文針對基于光子混頻的連續(xù)太赫茲輻射產(chǎn)生及應(yīng)用展開研究，主要包括低溫GaAs光電導(dǎo)體輻射連續(xù)太赫茲波的系綜蒙特卡羅模擬，光電導(dǎo)天線輻射電阻特性研究，太赫茲頻段的雙頻偶極光電導(dǎo)天

2、線的提出與優(yōu)化以及連續(xù)太赫茲波圖像增強算法研究等。本文的主要工作如下：
　　 1)介紹了太赫茲波產(chǎn)生與探測的相關(guān)方法以及太赫茲輻射的特性，列舉了太赫茲輻射的典型應(yīng)用?；仡櫫嘶诠庾踊祛l產(chǎn)生連續(xù)太赫茲輻射的國內(nèi)外研究進展，并分析了該輻射源中存在的主要問題以及提高其輻射功率的主要途徑。闡述了光電導(dǎo)天線產(chǎn)生連續(xù)太赫茲輻射的光子混頻原理，并對光電導(dǎo)天線的基本特性以及光電導(dǎo)天線設(shè)計中所涉及的有限積分方法做了介紹.
　　 2)對低溫

3、GaAs光電導(dǎo)體的連續(xù)太赫茲輻射過程進行系綜蒙特卡羅模擬，從微觀角度研究了偏置電場和載流子壽命對連續(xù)太赫茲輻射強度的影響。首先闡述了GaAs材料性質(zhì)及能帶結(jié)構(gòu)，而后對蒙特卡羅方法中的模擬要素作了簡單介紹，然后根據(jù)光電導(dǎo)體的太赫茲輻射理論提出基于光子混頻產(chǎn)生連續(xù)太赫茲輻射的系綜蒙特卡羅模擬流程。模擬結(jié)果表明，由于空間電荷電場屏蔽效應(yīng)以及散射等因素的影響，隨著偏置電場的增強，太赫茲輻射強度先是隨偏置電場的增強而上升，當達到峰值后逐漸趨于飽和

4、。雖然降低溫度使粒子發(fā)生散射的幾率降低，但同時也減小了粒子的初始能量，故低偏置電場時低溫下連續(xù)太赫茲輻射功率比常溫下小，而當偏置電場超過某一閾值時，降低溫度能夠使連續(xù)太赫茲輻射功率增大。優(yōu)化載流子壽命能夠提高連續(xù)太赫茲輻射強度。
　　 3)研究了蝶形、螺旋和偶極這三種常用光電導(dǎo)天線的輻射電阻特性，計算結(jié)果表明，具有諧振特性的偶極光電導(dǎo)天線在其諧振頻率附近的輻射電阻比其它兩種寬帶天線的輻射電阻大；雖然交叉電極光子混頻器能夠提高光電

5、導(dǎo)天線能承受的激光功率，但對光電導(dǎo)天線在高頻處的輻射電阻具有一定抑制作用。鑒于雙頻天線在材料識別以及太赫茲通信等領(lǐng)域的應(yīng)用前景，提出了一種適用于太赫茲頻段的雙頻偶極光電導(dǎo)天線結(jié)構(gòu)。以輻射電阻和電學輻射特性為優(yōu)化目標，對該光電導(dǎo)天線的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化，仿真結(jié)果表明設(shè)計的光電導(dǎo)天線具有在太赫茲頻段的雙頻輻射特性。
　　 4)對制備的光電導(dǎo)天線進行了脈沖太赫茲輻射測試，并和國外公司制作的光電導(dǎo)天線進行了性能比較。以光電導(dǎo)天線作為太

6、赫茲輻射源和探測器，搭建了基于光子混頻的連續(xù)太赫茲波系統(tǒng)，對實驗結(jié)果進行了分析。
　　 5)提出了一種結(jié)合小波去噪的多尺度圖像增強算法。該算法先用拉普拉斯金字塔對連續(xù)太赫茲波圖像進行多尺度分解，然后采用指數(shù)變換在空域?qū)Λ@得的細節(jié)圖像進行對比度增強。為減小放大噪聲的影響，在進行金字塔重構(gòu)過程中對得到的近似圖像用小波軟閾值方法進行去噪，并對變換后的小波系數(shù)圖像采用非線性變換以進一步增強圖像細節(jié)。實驗結(jié)果表明，結(jié)合小波去噪的多尺度圖像