Разработка, исследование и применение широкополосного терагерцового спектрометра с поляризационно-оптической регистрацией на базе фемтосекундного волоконного лазера

• Автор: Мамрашев, Александр Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 85 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Широкополосная терагерцовая спектроскопия на основе генерации и регистрации импульсного терагерцового излучения
1.1 Методы генерации импульсного терагерцового излучения
1.1.1 Оптическое выпрямление
1.1.2 Возбуждение фототока в фотопроводящих антеннах
1.1.3 Генерация на поверхности полупроводников
1.2 Когерентная регистрация импульсного терагерцового излучения
1.2.1 Регистрация в фотопроводящих антеннах
1.2.2 Поляризационно-оптическая регистрация
1.3 Широкополосная импульсная терагерцовая спектроскопия
1.3.1 Импульсные терагерцовые спектрометры
1.3.2 Основные характеристики терагерцовых спектрометров
1.3.3 Обработка терагерцовых импульсов
Глава 2. Широкополосный терагерцовый спектрометр на базе волоконного лазера с системой поляризационно-оптической регистрации
2.1....Терагерцовый спектрометр на базе излучения второй гармоники волоконного лазера 775 нм
2.1.1 Разработка импульсного терагерцового спектрометра
2.1.2 Программно-аппаратное обеспечение управления спектрометром
2.1.3 Основные характеристики спектрометра
2.1.4 Спектральная чувствительность системы регистрации на кристаллах гпТе
2.1.5 Экспериментальная проверка свойств кристалла регистрации 2пТе

2.2 Терагерцовый спектрометр на базе основной гармоники волоконного лазера 1550 нм
2.2.1 Разработка импульсного терагерцового спектрометра
2.2.2 Спектральная чувствительность системы регистрации на кристаллах ваАв
2.2.3 Экспериментальная проверка свойств кристалла регистрации СаАї
Глава 3. Исследование свойств кристаллов класса боратов и халькогенидных стекол в терагерцовой области спектра
3.1 Методики и программно-алгоритмические средства расчета спектральных характеристик
3.1.1 Предобработка терагерцовых импульсов
3.1.2 Расчет спектральных характеристик материалов
3.2 Исследование оптических свойств кристаллов семейства боратов
3.2.1 Подготовка образцов и методика измерений
3.2.2 Бораты бария
3.2.3 Бораты лития
3.3 Исследование халькогенидных стекол в терагерцовой области спектра
Заключение
Список публикаций по теме диссертации
Список цитируемой литературы
Благодарности

Введение
Освоение терагерцового (ТГц) диапазона частот (0,1-гЮТГц, 3,33-г333 см"1,
3 мм-гЗО мкм) является одним из относительно новых и перспективных научных направлений. На шкале электромагнитного излучения этот диапазон расположен между микроволновым и инфракрасным излучением. Оставаясь наименее исследованной частью электромагнитного спектра, терагерцовое излучение, тем не менее, привлекает внимание исследователей и инженеров всего мира, во многом благодаря широким перспективам его фундаментальных и практических применений [1].
Излучение терагерцового диапазона позволяет решать ряд материаловедческих задач по исследованию молекулярных вращательных переходов [2], колебаний решеток твердых тел [3] и внутризонных переходов в полупроводниках [4]. Исследователи проявляют интерес к изучению терагерцовых свойств важных биологических молекул (аминокислот, пептидов, белков, нуклеиновых кислот, олигонуклеотидов, ДНК, РНК) [5,6], тканей [7,8] и целых организмов [9]. Закладываются основы в исследованиях быстропротекающих процессов переноса зарядов в сверхпроводниках, объемных полупроводниках и полупроводниковых структурах методами нестационарной терагерцовой спектроскопии [10].
Что касается практических приложений, то терагерцовое излучение уже показало свою эффективность в фармакологической промышленности для определения полиморфных модификаций различных лекарств и контроля целостности и качества оболочек таблеток [11]. Предпринимаются попытки использовать терагерцовое излучение для ранней диагностики рака кожи и груди [12]. Рассматриваются возможности его применения для контроля свойств подложек и дефектов интегральных схем в полупроводниковой промышленности [13,14]. Исследования в области информационно-коммуникационных технологий, ориентированные на создание высокоскоростных систем передачи данных до 40 гигабит в секунду, продвигаются в направлении несущих частот порядка 100 ГГц, что вплотную приближается к терагерцовому диапазону [15]. Для некоторых взрывчатых

длины волн на два порядка превышают оптические. Генератор располагается в фокусе параболического зеркала. Таким образом, генерируемое терагерцовое излучение собирается в коллимированный пучок и направляется под углом 90 градусов (Рис. 3).
В качестве фильтра остаточного излучения накачки используется органический фильтр (Тусіех, г. Санкт-Петербург, Россия). Он практически непрозрачен в видимом диапазоне и на длине волны 1,55 мкм (коэффициент пропускания ~10'5), а его спектр пропускания в терагерцовом диапазоне представлен на Рис. 5.
Частота, ТГц
Рис. 5. Спектр пропускания фильтра фирмы Тубех в терагерцовом диапазоне частот.
Затем для фокусировки ТГц излучения на исследуемый образец применяются линзы фирмы Тубех, изготовленные из органического материала ТРХ, или полиметилпентена. Пропускание пластинки из ТРХ толщиной 2 мм составляет >80% в терагерцовом и видимом диапазонах. При этом показатели преломления в этих диапазонах практически равны и составляют ~ 1,46. Благодаря этому, можно удобно настраивать оптическую систему в видимом свете.