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Hilbert-Huang变换分析thz脉冲信号的时频特性

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强激光与粒子束 2014年第7期26卷 131-135页

作者：谢静谭佐军陈阳石舒宁陈璐华中农业大学理学院武汉430070 华中农业大学工学院武汉430070

提出一种基于Hilbert-Huang变换的thz时域光谱分析方法,将thz时域脉冲信号分解成有限数目的单分量信号之和,利用Hilbert变换求得瞬时频率来获得幅值的时频分布——Hilbert-Huang变换谱,实现了通过水蒸气的thz脉冲信号的时频分析,揭示了... 详细信息

提出一种基于Hilbert-Huang变换的thz时域光谱分析方法,将thz时域脉冲信号分解成有限数目的单分量信号之和,利用Hilbert变换求得瞬时频率来获得幅值的时频分布——Hilbert-Huang变换谱,实现了通过水蒸气的thz脉冲信号的时频分析,揭示了thz波与水蒸气相互作用的频谱时域分布特性,并与基于小波变换的时频图进行了对比分析。结果表明,该方法可以同时提高thz脉冲时频分布的时间分辨率和频率分辨率,具有局部化分析和自适应选择的特点,还能直观地表现出各频率成分之间的相对时间延迟。

关键词： Hilbert-Huang变换 thz脉冲时频分析 Hilbert边际谱

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thz脉冲的产生与检测

THz脉冲的产生与检测

作者：李凡中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）

学位级别：硕士

太赫兹(thz)辐射是频率范围为300GHz-10thz的电磁辐射，这一波段位于红外光与微波之间，早期由于缺乏有效的产生和探测方法对thz技术的研究非常有限，近十几年来，超快激光技术的迅速发展为thz脉冲的产生提供了稳定、可靠的激发光源，使... 详细信息

太赫兹(thz)辐射是频率范围为300GHz-10thz的电磁辐射，这一波段位于红外光与微波之间，早期由于缺乏有效的产生和探测方法对thz技术的研究非常有限，近十几年来，超快激光技术的迅速发展为thz脉冲的产生提供了稳定、可靠的激发光源，使thz辐射的产生、检测和应用得到了蓬勃发展。本文对太赫兹脉冲的产生和检测技术进行了调研，并提出了自己的设计方案，搭建了试验平台，具体内容包括：第一章介绍了thz辐射特性及其潜在的应用。物质在thz波段的光谱包含着丰富的物理和化学信息，因此thz技术在很多基础研究领域有很重要的应用。随着thz辐射技术的进步，thz辐射的应用将会涉及交叉学科领域，包括通讯、成像、医学诊疗、健康监控、环境控制以及化学和生物标识。第二章介绍了thz辐射脉冲产生和检测的主要方法及原理。对于thz辐射脉冲的产生，介绍了常用的光电导方法和光整流方法。对于thz辐射脉冲的测量，介绍了光电导取样技术和电光取样技术;对thz辐射脉冲产生和测量的理论依据作了简要分析。第三章采用电流起伏模型，分析了有限厚大孔径光电导天线产生太赫兹脉冲的表面场与远场的时域特性，模型在包含有限的载流子寿命与瞬变载流子迁移率等影响因素的基础上，还考虑了激发光脉冲在光电导材料中的时间延迟和吸收衰减，使模型更加趋近于反映真实的物理过程，根据模型我们分析了光通量、光脉宽、有限的载流子寿命和瞬变载流子迁移率、以及光电导材料厚度变化对thz表面场和远场时域波形的影响，并对比分析了考虑光电导材料厚度与不考虑厚度时太赫兹脉冲的远场时域波形，以及thz远场辐射强度受传播距离变化的影响。第四章介绍了自行搭建的thz脉冲的产生与探测系统及初步实验。thz测量技术处于起步阶段，而实验系统的搭建是科研工作的起点，因此必须自己搭建实验系统，我们利用光学整流和电光取样方法对thz的产生和检测进行了实验，给出了整个实验的搭建方法，尤其是电光取样系统的搭建，并对获得的实验结果进行了分析和讨论。第五章是对论文的总结。

关键词： thz脉冲光电导取样电光取样

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有限厚度金属狭缝对太赫兹脉冲的整形和滤波

物理学报 2009年第6期58卷 3658-3664页

作者：刘海亮张同意朱少岚范文慧中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室西安710119 中国科学院研究生院北京100049

用时域有限差分算法(FDTD)分析了有限厚度金属狭缝对太赫兹(thz)脉冲进行时空整形的效应和特性.分析表明:这种基于衍射方法的准光学技术手段对横向磁场(TM)模式thz脉冲有很好的整形和滤波作用,而对横向电场(TE)模式thz脉冲几乎没有整形... 详细信息

用时域有限差分算法(FDTD)分析了有限厚度金属狭缝对太赫兹(thz)脉冲进行时空整形的效应和特性.分析表明:这种基于衍射方法的准光学技术手段对横向磁场(TM)模式thz脉冲有很好的整形和滤波作用,而对横向电场(TE)模式thz脉冲几乎没有整形和滤波作用,并运用平面光波导理论对所获得的数据模拟结果进行了定性说明.这些分析结果可在相关实验中予以考虑和采用.

关键词：时空整形 FDTD thz脉冲狭缝滤波器

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双折射色散阶跃光纤中太赫兹脉冲的提取

激光与红外 2007年第7期37卷 664-668页

作者：贾维国包红梅迎舂周彦勇樊国梁内蒙古大学物理系内蒙古呼和浩特010021

根据光脉冲在双折射色散阶跃光纤中调制不稳定性,研究了双折射色散阶跃光纤中调制不稳定性增益谱随传输距离的变化关系。结果表明:在弱双折射色散阶跃光纤和强双折射色散阶跃光纤中,利用调制不稳定性增益谱随传输距离的变化关系可分离... 详细信息

根据光脉冲在双折射色散阶跃光纤中调制不稳定性,研究了双折射色散阶跃光纤中调制不稳定性增益谱随传输距离的变化关系。结果表明:在弱双折射色散阶跃光纤和强双折射色散阶跃光纤中,利用调制不稳定性增益谱随传输距离的变化关系可分离和提取thz脉冲。

关键词： thz脉冲色散阶跃光纤(SWDF) 调制不稳定性双折射

太赫兹光谱技术在农业选种中的应用及飞秒激光自相关仪的研制

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太赫兹光谱技术在农业选种中的应用及飞秒激光自相关仪的研制

作者：赵玉连首都师范大学

学位级别：硕士

thz波位于微波和红外波段之间，物质的thz谱包含着丰富的物理和化学信息，因此thz技术在很多基础研究领域、工业及军事等领域都有很重要的应用。thz时域光谱技术直接记录thz辐射电场的时间波形，通过傅立叶变换得到测量信号的振幅和相... 详细信息

thz波位于微波和红外波段之间，物质的thz谱包含着丰富的物理和化学信息，因此thz技术在很多基础研究领域、工业及军事等领域都有很重要的应用。thz时域光谱技术直接记录thz辐射电场的时间波形，通过傅立叶变换得到测量信号的振幅和相位的光谱分布，从而获得材料在thz波段的色散和吸收等信息。近年来利用thz时域光谱技术进行DNA分子的无标记测量已引起广泛关注并显示出一定的潜力，thz光谱已经显示了分辨单股和双股DNA的能力，并能检测飞摩尔灵敏度的单碱基对变异。本论文一部分工作是利用thz时域光谱技术，从玉米种子的光谱获得信息，在区分它们的种类方面进行尝试。本论文首先利用透射型thz时域光谱技术和分析方法，对高阻硅、不同掺杂的单晶硅、氧化镁、石蜡进行测量和分析，以选择出合适的基底材料。然后利用透射型thz时域光谱技术，对玉米种子的DNA薄膜和胚芽切片进行测量和分析，以区分不同品种的玉米种子。主要结果有：一、利用透射型thz时域光谱系统，对高阻硅、不同掺杂的单晶硅、氧化镁、石蜡进行了测量，通过对几种样品色散和吸收的比较，认为高阻硅是DNA薄膜和胚芽切片透射thz时域光谱的较为理想的基底材料，石蜡是制作生物样品过程中的理想的包埋材料。二、利用透射型thz时域光谱系统，通过对玉米种子的DNA薄膜和胚芽切片进行测量，得到通过样品的信号与参考信号在频率域的振幅比。实验结果没有显示出被测样品信号的明显特征谱。本论文另一部分工作是为本实验室制作一台实时显示干涉自相关仪。超短光脉冲宽度是表征超短激光脉冲的一个重要参数，而测量短至几十飞秒的光脉冲，目前经常采用自相关法。自相关仪结构紧凑、调节简单，具有较高的分辨率和灵敏度。我们利用自制的自相关仪对掺钛蓝宝石飞秒激光器的脉冲宽度进行了测量，并利用自相关仪测量了本实验室的一些光学元件对飞秒激光脉冲宽度的影响。实验得到了8：1曲线，测量了飞秒激光脉冲宽度，并测量了本实验室的聚焦透镜、偏振分光棱镜等光学元件对飞秒激光脉冲宽度的影响，为实验室有关飞秒激光方面的实验提供了参考。

关键词： thz脉冲 thz时域光谱自相关脉冲宽度

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太赫兹脉冲光的传播和成像特性研究

太赫兹脉冲光的传播和成像特性研究

作者：周巍晖首都师范大学

学位级别：硕士

近年来，由于飞秒脉冲激光器的快速发展以及物体在太赫兹（Terahertz，thz）波段呈现出丰富的物理和化学信息，thz辐射引起了人们极大的关注。但是thz脉冲时间波形的不确定性曾经极大地困扰了thz研究工作者。在thz光谱和thz成像的应用... 详细信息

近年来，由于飞秒脉冲激光器的快速发展以及物体在太赫兹（Terahertz，thz）波段呈现出丰富的物理和化学信息，thz辐射引起了人们极大的关注。但是thz脉冲时间波形的不确定性曾经极大地困扰了thz研究工作者。在thz光谱和thz成像的应用中，其波形的不确定性也会对结果的准确性造成影响。因此弄清thz脉冲波形变化的规律对于thz基础和应用研究都具有重要的意义。由于大多数的thz系统都是基于thz脉冲的自由空间传播，所以描述thz脉冲在光学系统中的行为特性具有重要的理论意义和应用价值。本论文研究了thz脉冲在传播、衍射过程中其时间波形和频谱的变化情况，以及thz脉冲光的成像特性。主要结果如下： 1、根据角谱理论模拟计算了thz脉冲光在自由空间的传播，得到了一些thz脉冲光的传播特性：（1）在接收面的同一位置处，随着传播距离的增加，thz脉冲的频谱出现了蓝移。这是由于thz脉冲的频谱比较宽，而低频分量的衍射要比高频分量的衍射强，所以低频分量损失较多，致使整个频谱向高频移动;（2）thz脉冲光传播一定距离，在同一接收面上到中心点距离不同的位置处，随着离心距离的增加，thz脉冲光的频谱出现了红移，这是由于低频分量的衍射要比高频分量的衍射强，低频分量集中在离轴较远的区域，高频分量集中在离轴较近的区域。（3）由于传播和衍射，thz脉冲光的频谱成份发生变化，从而导致了脉冲波形的变化。 2、模拟计算了当thz脉冲光传播一定距离时，在接收面上的动态衍射图像，衍射图像开始时为一高斯型圆斑，光强达最大值以后，衍射图像变为随时间向外扩张的圆环，直到整个衍射图像强度变为零，这个现象与传统的平面波衍射有着极大的不同。本文还模拟计算了当thz脉冲光通过thz透镜在成像面上的动态衍射特性，得到了与没有透镜的情况相似的结果。 3、模拟了thz脉沖光的成像，由于衍射和传播的影响，动态衍射图像变模糊，不能完全显示thz脉冲光所载信息。通过对接收平面上的衍射动态光场进行传播的逆运算可以得到在入射面上的原始的图像。重建结果也表明了我们所用方法的正确性。

关键词： thz脉冲传播特性 thz脉冲成像图像重建