基于FeCrAl材料的太赫兹宽谱源研究

摘要

太赫兹技术作为一交叉前沿学科，在化学分析、安全检测、空间无线通信和医学成像等领域具有巨大的潜在应用价值。制备高强度、宽频谱、低成本太赫兹源成为目前研究的焦点。铁磁材料在热退磁过程中，可以产生太赫兹辐射，FeCrAl合金作为一种优良的电热磁性材料，有望成为新一代太赫兹宽谱源。
　　本论文以FeCrAl材料（合金丝和合金薄膜）为研究对象，对其太赫兹辐射原理进行了探究，并系统的研究其不同表面状态、成分比例、电学和磁学性能对太赫兹光谱辐射特性的影响。主要工作和研究结果如下：
　　（1）对FeCrAl合金丝表面分别采用物理和化学方法进行处理，研究不同表面状态对太赫兹辐射性能的影响，并探究其原因。结果表明：采用不同方法处理的FeCrAl合金丝表面粗糙度和氧化物含量不同，且表面氧化层厚度最高为5?m；太赫兹光谱测试结果显示FeCrAl合金丝作为THz辐射源，产生波数范围为100-500cm-1的太赫兹宽谱；随着FeCrAl合金丝表面粗糙度增加，太赫兹光谱强度降低；随着FeCrAl合金丝表面氧化物和碳化物含量增加，太赫兹光谱辐射强度减弱，并且出现红移现象。
　　（2）采用磁控溅射镀膜技术制备以Si为基底的FeCrAl薄膜，对样品进行结构性能表征，研究FeCrAl薄膜样品的不同成分比例、表面状态以及电学和磁学性能对太赫兹辐射性能影响，并探究其原因。结果表明：随着磁控溅射功率的增加，FeCrAl薄膜样品表面颗粒尺寸增大，Fe，Cr，Al成分含量增加，样品的饱和磁化强度先增加后降低；太赫兹光谱测试结果表明：FeCrAl薄膜产生宽频谱太赫兹辐射，其波数范围为20-500cm-1；太赫兹光谱强度主要由薄膜样品饱和磁化强度和电流强度决定；随着溅射功率的增加，太赫兹辐射光谱的带宽宽变宽同时光谱产生红移现象。
　　（3）采用磁控溅射镀膜技术制备以MgO为基底的FeCrAl薄膜，研究不同厚度、不同基底薄膜样品对太赫兹辐射性能影响。研究结果表明：随着薄膜厚度的增加，太赫兹光谱强度减弱，同时辐射频谱半峰宽变窄；MgO基底FeCrAl薄膜辐射太赫兹光谱强度明显高于以Si为基底FeCrAl薄膜所产生的太赫兹光谱强度。
　　本论文通过对FeCrAl材料太赫兹辐射特性的研究，证明FeCrAl材料可以产生较宽频谱太赫兹辐射。研究结果表明，通过控制材料的成分、表面状态、结构和厚度，可以输出频谱范围和强度可控的太赫兹辐射。FeCrAl材料作为高强度、宽频谱、低成本太赫兹辐射源有很大的研究空间和发展潜力。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3 发展趋势

1.4 本论文研究内容及意义

2 FeCrAl材料的制备与表征

2.1 实验设备

2.2 FeCrAl材料的制备过程

2.3 材料表征手段

2.4 FeCrAl样品太赫兹频谱测试

3 FeCrAl合金丝样品制备及太赫兹宽谱测试

3.1 FeCrAl合金丝样品处理

3.2 样品表征

3.3 FeCrAl合金丝样品太赫兹宽谱测试

3.4 本章小结

4 Si（111）基底FeCrAl薄膜制备及太赫兹宽谱测试

4.1 Si基片的处理

4.2 FeCrAl薄膜生长参数控制

4.3 Si基底FeCrAl薄膜表征

4.4 Si基底FeCrAl薄膜太赫兹宽谱测试

4.5 本章小结

5 MgO（100）基底FeCrAl薄膜制备及太赫兹宽谱测试

5.1 MgO基片的处理

5.2 FeCrAl 薄膜厚度的控制

5.3 MgO基底FeCrAl 薄膜样品表征

5.4 MgO基底FeCrAl薄膜太赫兹宽谱测试

5.5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文