本書主要從太赫茲輻射源、探測(cè)器及相關(guān)測(cè)試技術(shù)出發(fā),介紹了太赫茲頻段輻射源、探測(cè)器及探測(cè)技術(shù)的基本概念和特點(diǎn),闡述了太赫茲光電測(cè)試技術(shù)中所涉及的基本理論、測(cè)試原理與方法、測(cè)試系統(tǒng)組成和主要技術(shù)特點(diǎn),以及太赫茲光電測(cè)試技術(shù)在光電器件標(biāo)定、光路校準(zhǔn)、成像系統(tǒng)與信號(hào)傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用。 希望通過對(duì)太赫茲頻段光電測(cè)試技術(shù)的歸納和總結(jié),促進(jìn)太赫茲技術(shù)在物理學(xué)、材料學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、公共安全和信息技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展。
本書可作為太赫茲領(lǐng)域科研人員和相關(guān)學(xué)科研究生的參考書和工具書,亦可供有關(guān)工程技術(shù)人員參考。
“戰(zhàn)略前沿新技術(shù)——太赫茲出版工程”是華東理工大學(xué)出版社重大學(xué)術(shù)出版項(xiàng)目，得到了中國科學(xué)院雷嘯霖院士、中國工程院莊松林院士等國內(nèi)知名專家學(xué)者的大力支持。
叢書總主編曹俊誠，中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員，國家杰出青年基金獲得者（2004）、中科院“百人計(jì)劃”入選者（2009）、國務(wù)院政府特殊津貼獲得者、國家科技部重大儀器專項(xiàng)首席科學(xué)家。
叢書共14分冊(cè)，具體分為太赫茲源、太赫茲探測(cè)及太赫茲應(yīng)用三大部分，闡釋太赫茲測(cè)試過程中的各種前沿技術(shù)，詳細(xì)介紹太赫茲基礎(chǔ)性能研究以及太赫茲技術(shù)在國防、安全、通信、醫(yī)療、天文等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用，結(jié)合創(chuàng)作者多年的相關(guān)研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，借鑒和歸納總結(jié)國內(nèi)外相關(guān)研究領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者和科研人員的研究成果，是國內(nèi)首套全面、詳細(xì)介紹太赫茲技術(shù)的原創(chuàng)叢書，代表了國內(nèi)一流研究水平，為該領(lǐng)域?qū)I(yè)人員提供關(guān)鍵技術(shù)參考，旨在加強(qiáng)先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)、推廣和應(yīng)用。
本書為“戰(zhàn)略前沿新技術(shù)——太赫茲出版工程”09分冊(cè)，全書采用80克雅質(zhì)紙，彩色印刷。本書主要從太赫茲輻射源、探測(cè)器及相關(guān)測(cè)試技術(shù)出發(fā),介紹了太赫茲頻段輻射源、探測(cè)器及探測(cè)技術(shù)的基本概念和特點(diǎn),闡述了太赫茲光電測(cè)試技術(shù)中所涉及的基本理論、測(cè)試原理與方法、測(cè)試系統(tǒng)組成和主要技術(shù)特點(diǎn)。本書可作為太赫茲領(lǐng)域科研人員和相關(guān)學(xué)科研究生的參考書和工具書,亦可供有關(guān)工程技術(shù)人員參考。
太赫茲光電測(cè)試技術(shù)在太赫茲技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用,它涉及光學(xué)、電學(xué)、光電子學(xué)以及激光技術(shù)、真空和低溫條件下的測(cè)試技術(shù)等,該技術(shù)的應(yīng)用還涉及信息技術(shù)、材料學(xué)、光譜學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等學(xué)科,是一項(xiàng)多學(xué)科交叉的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。 20世紀(jì)90年代后期,隨著能帶工程和激光技術(shù)的發(fā)展,太赫茲輻射的產(chǎn)生方式、探測(cè)技術(shù)及相關(guān)應(yīng)用研究獲得蓬勃發(fā)展。 當(dāng)年認(rèn)為的“太赫茲空隙”已經(jīng)逐步被“填充”,太赫茲技術(shù)也日趨成熟并逐漸獲得應(yīng)用。 為此,對(duì)太赫
茲頻段的光電測(cè)試技術(shù)進(jìn)行梳理和總結(jié)勢(shì)在必行。本書從太赫茲輻射源、探測(cè)器及相關(guān)測(cè)試技術(shù)出發(fā),結(jié)合作者在太赫茲頻段器件測(cè)試、系統(tǒng)應(yīng)用以及平臺(tái)建設(shè)方面的經(jīng)驗(yàn),介紹了太赫茲頻段光電測(cè)試技術(shù)中所涉及的基本理論和概念、測(cè)試原理與方法、測(cè)試系統(tǒng)組成及其主要技術(shù)特點(diǎn)。 本書共5章,緒論介紹了太赫茲頻段光電測(cè)試技術(shù)的概況與特點(diǎn);1章介紹了太赫茲光電測(cè)試技術(shù)中涉及的輻射源、探測(cè)器和相關(guān)探測(cè)技術(shù);第2章介紹了太赫茲頻段光電測(cè)試過程中涉及的真空與低溫技術(shù);第3章介紹了太赫茲頻段的光學(xué)元件、太赫茲激光與光電器件的測(cè)試技術(shù);第4章介紹了適用于太赫茲頻段的光譜測(cè)量技術(shù);第5章介紹了太赫茲光電測(cè)試技術(shù)在器件參數(shù)測(cè)量與標(biāo)定、太赫茲成像與信號(hào)傳輸方面的應(yīng)用。 希望通過對(duì)太赫茲頻段光電測(cè)試技術(shù)的歸納和總結(jié),促進(jìn)太赫茲技術(shù)在材料學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、公共安全和信息技術(shù)等領(lǐng)
域的應(yīng)用與發(fā)展。
課題組成員在本書部分內(nèi)容及相關(guān)科研項(xiàng)目完成過程中給予了大力幫助。特別感謝符張龍、郭旭光、顧亮亮、邱付成、王紅雨、羅小青和付亞州在太赫茲量子阱探測(cè)器性能分析、光電與光譜測(cè)試技術(shù)方面給予的大力幫助;感謝萬文堅(jiān)、韓英軍和黎華在太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器性能測(cè)試與分析方面給予的大力幫助;感謝顧立、陳鎮(zhèn)、王長、周濤和張戎在太赫茲通信與成像技術(shù)方面給予的大力幫助。
由于太赫茲光電測(cè)試技術(shù)涉及的學(xué)科范圍較廣,加之目前太赫茲技術(shù)的發(fā)展還處于多種技術(shù)的交叉融合過程中,研究成果的數(shù)據(jù)更新較快,同時(shí)限于作者的知識(shí)和能力,書中難免存在疏漏與不足之處,敬請(qǐng)同行與讀者批評(píng)指正。
譚智勇、曹俊誠
2019年6月于上海
譚智勇，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員，碩士生導(dǎo)師。主要從事太赫茲光電技術(shù)和低溫技術(shù)領(lǐng)域的研究工作，在太赫茲光電測(cè)試與表征、太赫茲器件模塊與應(yīng)用方面取得多項(xiàng)創(chuàng)新性成果。在IEEE PTL、APL、ASS和EL等期刊發(fā)表了SCI論文30余篇，獲得授權(quán)發(fā)明專利8項(xiàng)（含2項(xiàng)美國專利）、實(shí)用新型專利3項(xiàng)，在國內(nèi)外學(xué)術(shù)會(huì)議做邀請(qǐng)報(bào)告5次。2010年獲上海市優(yōu)秀畢業(yè)生榮譽(yù)稱號(hào)，先后擔(dān)任中科院“十二五”太赫茲科技規(guī)劃組秘書。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人承擔(dān)科技部?jī)x器專項(xiàng)任務(wù)，基金委面上項(xiàng)目、青年項(xiàng)目以及上海市自然科學(xué)基金項(xiàng)目等。
曹俊誠教授：中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員，博士生導(dǎo)師，國家杰出青年基金獲得者、中科院“百人計(jì)劃”入選者、國務(wù)院政府特殊津貼獲得者、國家科技部重大儀器專項(xiàng)首席科學(xué)家、上海市優(yōu)秀學(xué)科帶頭人計(jì)劃入選者、上海市自然科學(xué)牡丹獎(jiǎng)獲得者、 “中國科學(xué)院優(yōu)秀教師”稱號(hào)獲得者。主要從事太赫茲物理、器件及太赫茲通信與成像應(yīng)用等方面的研究工作，研制出太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器和量子阱探測(cè)器，并實(shí)現(xiàn)了太赫茲實(shí)時(shí)音頻和視頻傳輸驗(yàn)證。
0 緒論 001
1 太赫茲輻射體與探測(cè)器件 005
1.1 引言 007
1.2 太赫茲頻段的輻射度學(xué) 007
1.2.1 基本物理量 007
1.2.2 基本定律 009
1.2.3 太赫茲輻射在大氣中的傳播 017
1.3 太赫茲輻射體 020
1.3.1 基本性能參數(shù) 020
1.3.2 太赫茲輻射源 021
1.4 太赫茲探測(cè)器件 029
1.4.1 基本性能參數(shù) 030
1.4.2 熱探測(cè)器 036
1.4.3 光子型探測(cè)器 041
1.4.4 多像元探測(cè)器 044
1.5 太赫茲探測(cè)技術(shù) 046
1.5.1 直接探測(cè)技術(shù) 046
1.5.2 相干探測(cè)技術(shù) 047
1.5.3 微弱信號(hào)探測(cè)技術(shù) 047
1.5.4 雷達(dá)技術(shù) 048
1.5.5 高速探測(cè)技術(shù) 048
1.5.6 信號(hào)同步技術(shù) 049
1.6 小結(jié) 051
參考文獻(xiàn) 051
2 太赫茲光電測(cè)試中的真空與低溫技術(shù) 055
2.1 引言 057
2.2 真空技術(shù) 057
2.2.1 真空概述 057
2.2.2 真空的測(cè)量 060
2.2.3 真空泵 061
2.2.4 真空附件 063
2.2.5 真空檢漏技術(shù) 065
2.2.6 太赫茲光電測(cè)試中的真空 068
2.3 低溫技術(shù) 071
2.3.1 低溫概述 071
2.3.2 冷質(zhì)與冷量 073
2.3.3 低溫的測(cè)量 073
2.3.4 制冷方式與裝置 074
2.3.5 太赫茲光電測(cè)試中的低溫 081
2.4 小結(jié) 083
參考文獻(xiàn) 084
3 太赫茲光學(xué)元件與光電器件表征技術(shù) 085
3.1 引言 087
3.2 光學(xué)元件 087
3.2.1 太赫茲窗片 088
3.2.2 太赫茲透鏡 089
3.2.3 太赫茲反射鏡 090
3.2.4 太赫茲波片 093
3.2.5 太赫茲偏振片 093
3.2.6 太赫茲濾光片 094
3.2.7 光學(xué)元件特性測(cè)試 096
3.3 太赫茲激光耦合與光路校準(zhǔn) 096
3.3.1 光束耦合技術(shù) 096
3.3.2 光路校準(zhǔn)技術(shù) 102
3.4 太赫茲激光器測(cè)試技術(shù) 104
3.4.1 電流 電壓特性 104
3.4.2 激光頻率 106
3.4.3 激光功率 107
3.4.4 工作溫度 113
3.4.5 激光偏振 114
3.4.6 光束測(cè)量技術(shù) 115
3.4.7 穩(wěn)定性與可靠性 117
3.5 太赫茲光探測(cè)器測(cè)試技術(shù) 128
3.5.1 電流 電壓特性 128
3.5.2 光響應(yīng)譜 132
3.5.3 峰值響應(yīng)率 134
3.5.4 噪聲等效功率 137
3.5.5 比探測(cè)率 139
3.5.6 響應(yīng)速度 139
3.5.7 偏振選擇性 140
3.6 小結(jié) 142
參考文獻(xiàn) 142
4 太赫茲光譜測(cè)量技術(shù) 145
4.1 引言 147
4.2 傅里葉變換光譜技術(shù) 147
4.2.1 傅里葉變換光譜儀原理 148
4.2.2 光譜儀的主要部件 152
4.2.3 透/反射譜測(cè)量技術(shù) 158
4.2.4 時(shí)間分辨光譜測(cè)量技術(shù) 164
4.2.5 器件光譜測(cè)量技術(shù) 166
4.3 太赫茲時(shí)域譜技術(shù) 167
4.3.1 工作原理 168
4.3.2 技術(shù)特點(diǎn)與測(cè)量舉例 168
4.3.3 泵浦 探測(cè)技術(shù) 170
4.4 太赫茲頻域譜技術(shù) 174
4.4.1 工作原理 175
4.4.2 技術(shù)特點(diǎn)與測(cè)量舉例 176
4.5 小結(jié) 178
參考文獻(xiàn) 178
5 基于太赫茲量子器件的測(cè)試技術(shù)及應(yīng)用 181
5.1 引言 183
5.2 基于太赫茲量子器件的光電測(cè)試技術(shù) 183
5.2.1 脈沖太赫茲激光測(cè)量 184
5.2.2 基于單頻光源的響應(yīng)率標(biāo)定 188
5.2.3 太赫茲陣列探測(cè)器標(biāo)定 191
5.2.4 太赫茲空芯光纖損耗測(cè)量 195
5.2.5 太赫茲偏振光的測(cè)量與轉(zhuǎn)換 198
5.2.6 表征技術(shù)的改進(jìn) 204
5.3 基于太赫茲量子器件的成像技術(shù) 208
5.3.1 掃描成像技術(shù) 208
5.3.2 實(shí)時(shí)成像技術(shù) 218
5.3.3 成像技術(shù)的應(yīng)用 222
5.4 基于太赫茲量子器件的無線通信技術(shù) 229
5.4.1 太赫茲激光的傳輸 229
5.4.2 太赫茲信號(hào)的調(diào)制與解調(diào) 230
5.4.3 太赫茲通信演示 235
5.4.4 器件通信性能的改進(jìn) 244
5.5 小結(jié) 247
參考文獻(xiàn) 247
索引 250
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