Презентация на тему "Терагерцовое излучение"

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  Букин Владимир Валентинович Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН ИОФРАН Лекции №123 декабря 2014 г. Терагерцовое излучение Диагностика лазерной плазмы Экспериментальные методы пространственно-временной и спектрально-временной диагностики плазмы, создаваемой импульсным лазерным излучением. ИОФ РАН КУРС ЛЕКЦИЙ МИФИ 2014 Water absorption lines 0.557 ТHz 1.098 ТHz 1.164 ТHz

• 
  Слайд 2

  Терагерцовое излучение

• 
  Слайд 3

  Приложения ТГц излучения

  Спектроскопия Безопасность Медицина Телекоммуникации

• 
  Слайд 4

  Публикации по ТГц излучению

• 
  Слайд 5

  Тепловое излучение

• 
  Слайд 6

  Поглощение в атмосферном воздухе

  П  

• 
  Слайд 7
  
• 
  Слайд 8

  Обнаружение продуктов распада

  Продукты распада ВВ – CO, NO, N2O.

• 
  Слайд 9

  Построение изображений в ТГц диапазоне

  Построение изображений объектов за преградами Определение химического состава (спектроскопия) Определение расстояний до объектов и их формы

• 
  Слайд 10
  
• 
  Слайд 11

  Построение изображений

  PLA PTFE-lenses LiNbO3 crystal (THz source) Stepping motor PED P Object LiNbO3 crystal (THz source) ADC Preamplifier Actuators

• 
  Слайд 12
  
• 
  Слайд 13

  Диагностика плазмы

  S.Bodrov, V.Bukin, M.Tsarev, A.Murzanev, S.Garnov, N.Aleksandrov, A.Stepanov, "Plasma filament investigation by transverse optical interferometry and terahertz scattering," Opt. Express 19, 6829-6835 (2011) 

• 
  Слайд 14

  Терагерцовая электроника

  RLC-контур: Возникновение колебаний: Отрицательное дифференциальное сопротивление  

• 
  Слайд 15

  Лазер с оптической накачкой

  Газовые лазеры на вращательных переходах Активные среды — дипольные молекулы (CH3F, CH2F2, CH3OH и др.) Источник накачки — CO2-лазер Мощность ~100 мВт, диапазон перестройки несколько ТГц

• 
  Слайд 16

  Квантово-каскадный лазер

  Набор квантовых ям (~100) Каскадный процесс генерации Охлаждение (до He для ТГц генерации)

• 
  Слайд 17

  Источники ТГц-излучения

  ТГц импульсы

• 
  Слайд 18

  Фотопроводящая антенна

  Быстрая генерация и релаксация фототока Оптическое смешение (гетеродинирование) биений V фс-импульс ТГц-импульс LT-GaAs

• 
  Слайд 19
  

  фс-импульс ТГц-импульс LT-GaAs V Можно «стробировать» ТГц-импульс с помощью лазерного излучения. Ширина полосы такого метода ~ 5ТГц и выше

• 
  Слайд 20
  

  Генерация и детектирование ТГц импульсов

• 
  Слайд 21
  

  Топология фотопроводящих антенн

• 
  Слайд 22

  Генерация разностной частоты

  Квадратичная нелинейность: Оптическое выпрямление импульсов — генерация импульса поляризации Терагерцовое излучение:  

• 
  Слайд 23

  Среды для ГРЧ

  Основные требования: Большая квадратичная нелинейность () Малое поглощение в оптическом и терагерцовом диапазонах Получение синхронизма Наиболее распространенные кристаллы: LiNbO3, GaAs, ZnTe, GaP, GaSe, DAST  

• 
  Слайд 24

  Обеспечение синхронизма

  Для эффективной генерации терагерцового излучения нужно обеспечить условие синхронизма. Или        

• 
  Слайд 25

  Приемники ТГц излучения

  Тепловые приемники Электронные приемники Измерители напряженности поля

• 
  Слайд 26

  Ячейка Голея

  Газовый термометр Измеряемая мощностьот 1 нВт

• 
  Слайд 27

  Электрооптическое детектирование

  Квадратичную нелинейность можно использовать для регистрации терагерцовых импульсов фс-импульс ТГц-импульс ZnTe   ПВ Балансный детектор

• 
  Слайд 28

  Спектроскопия во временной области

  Можно измерить зависимость напряженности электрического поля от времени Фурье-образ сигнала содержит как амплитудный так и фазовый спектр излучения Можно измерить спектр поглощения и преломления образца (АЧХ и ФЧХ)

• 
  Слайд 29
  

  ТГц-импульс После образца    

• 
  Слайд 30

  Time-dependent amplitude of THz pulse and its spectrum

  Water absorption lines 0.557 ТHz 1.098 ТHz 1.164 ТHz

• 
  Слайд 31
  

  Dependences of intensity and amplitude of THz field on the external field Electro- optic detection system Golay cell

• 
  Слайд 32
  

  Dependence of THz amplitude on energy of laser pulse FL=150mm FL=200mm FL=500mm P=10 GW- critical self focusing power

• 
  Слайд 33

  Mathematical modeling of distribution of THz radiation

  t=0,3 пс t=3 пс t=6 пс

• 
  Слайд 34

  Генерация ТГц излучения в лазерной плазме

  Генерация терагерцового излучения в твердотельной плазме Генерация токов при оптическом пробое газа

• 
  Слайд 35

  Терагерцовое излучение из плазмы оптического пробоя газов

  Продольное ускорение электронов низкая эффективность Пробой во внешнем поле аналог фотопроводящей антенны Пробой двухчастотным импульсом

• 
  Слайд 36

  Бихроматическое излучение

  Одновременная фокусировка излучения основной и второй гармоник Наиболее эффективный способ генерации при оптическом пробое BBO ТГц-импульс фс-импульс +  

• 
  Слайд 37

  Туннельная (полевая) ионизация

• 
  Слайд 38

  Ионизация полем волны

• 
  Слайд 39
  
• 
  Слайд 40
  
• 
  Слайд 41

  Генерация тока

• 
  Слайд 42

  Ионизация двухчастотным полем

• 
  Слайд 43
  
• 
  Слайд 44
  
• 
  Слайд 45
  
• 
  Слайд 46
  
• 
  Слайд 47
  
• 
  Слайд 48
  
• 
  Слайд 49
  
• 
  Слайд 50
  

  Зависимость ТГц сигнала от угла между линейными поляризациями основной и второй гармоник

• 
  Слайд 51
  

  Зависимость ТГц сигнала от угла между линейными поляризациями основной и второй гармоник α 400 нм 800 нм

• 
  Слайд 52
  

  Зависимость ТГц сигнала от эллиптичности поляризации основной гармоники при линейной поляризации второй гармоники α Ey Ex

• 
  Слайд 53
  

  Зависимость ТГц сигнала от эллиптичности поляризации основной гармоники при фиксированных состояниях поляризации второй гармоники а) эллиптическая, б) круговая. α Ey Ex λ1 λ2 β Ey Ex а) β=15 б) β=45

• 
  Слайд 54

  Детектирование в плазме

  Возможен обратный процесс: Полоса ограничена длительностью импульса (десятки ТГц) фс-импульс   + ТГц-импульс