THz波与GaAs晶体中的光学声子耦合的研究

摘要

太赫兹(THz)电磁波主要是指波长在3mm~30μm范围内的电磁辐射。超快激光技术的出现,为太赫兹电磁波的产生提供了稳定的触发光源,从而促使了 THz技术,尤其是THz时域波谱检测系统(THz-TDS)的发展。在TDS系统中,飞秒激光触发太赫兹辐射源,进而THz辐射源辐射出太赫兹电磁波穿透样品,在太赫兹探测器处将带有样品信息的太赫兹波检测出来,通过其频谱信号的振幅和相位的变化获得晶体在THz波段的光学常数。
　　本文利用异步光学采样光谱系统(ASOPs)得到砷化镓(GaAs)晶体的THz时域光谱,通过与参考信号的时域波形的对比,利用飞秒激光脉冲产生并探测 THz时域谱,之后通过傅立叶变换就可得到被测物品的THz频谱,从频谱中获得折射率和吸收系数等光谱信息,并应用软件拟合出GaAs晶体在O.ITHz-2.5THz的折射率曲线与吸收系数曲线。
　　GaAs晶体的折射率曲线与吸收系数曲线表明GaAs晶体在O.1THz-1.ITHz的平均折射率为3.6,折射率在1.12THz、1.66THz、2.20THz存在突变,吸收率在1.12THz、1.66THz、2.20THz的位置出现负值。运用理论分析说明耦合场量子的存在,进一步运用动力学理论分析了THz电磁波与GaAs晶体的横光学声子的耦合。实验结果与理论吻合的比较好,分析表明折射率和吸收系数在1.12THz.1.66THz.2.20THz位置的突变是由于THz波与横光学声子直接的耦合造成的。

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1绪论

1.1 THz研究背景及意义

1.2 THz电磁波及其技术的发展状况

1.3 THz检测的国内外研究进展

1.4 本文的主要工作内容

1.5 本章小结

2研究基础

2.1半导体材料的物理特性

2.2 THz-TDS系统

2.3 本章小结

3 THz时域光谱测定GaAs晶体的光学常数

3.1 THz时域光谱参数提取的理论模型

3.2 实验结果的理论模拟

3.3 GaAs晶体的THz时域光谱分析

3.4本章小结

4 THz波与GaAs晶体中的光学声子的耦合

4.1 GaAs晶体的材料特性

4.2 GaAs晶体中光学波与光的耦合

4.3 GaAs晶体中的耦合场量子

4.4 动力学理论分析THz与光学声子的共振耦合

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 研究工作总结

5.2 展望

致谢

参考文献