本书主要从太赫兹辐射源、探测器及相关测试技术出发,介绍了太赫兹频段辐射源、探测器及探测技术的基本概念和特点,阐述了太赫兹光电测试技术中所涉及的基本理论、测试原理与方法、测试系统组成和主要技术特点,以及太赫兹光电测试技术在光电器件标定、光路校准、成像系统与信号传输系统中的应用。 希望通过对太赫兹频段光电测试技术的归纳和总结,促进太赫兹技术在物理学、材料学、生物医学、公共安全和信息技术等领域的应用与发展。
本书可作为太赫兹领域科研人员和相关学科研究生的参考书和工具书,亦可供有关工程技术人员参考。
“战略前沿新技术——太赫兹出版工程”是华东理工大学出版社重大学术出版项目，得到了中国科学院雷啸霖院士、中国工程院庄松林院士等国内知名专家学者的大力支持。
丛书总主编曹俊诚，中科院上海微系统与信息技术研究所研究员，国家杰出青年基金获得者（2004）、中科院“百人计划”入选者（2009）、国务院政府特殊津贴获得者、国家科技部重大仪器专项首席科学家。
丛书共14分册，具体分为太赫兹源、太赫兹探测及太赫兹应用三大部分，阐释太赫兹测试过程中的各种前沿技术，详细介绍太赫兹基础性能研究以及太赫兹技术在国防、安全、通信、医疗、天文等诸多领域的应用，结合创作者多年的相关研究成果和实践经验，借鉴和归纳总结国内外相关研究领域专家学者和科研人员的研究成果，是国内首套全面、详细介绍太赫兹技术的原创丛书，代表了国内一流研究水平，为该领域专业人员提供关键技术参考，旨在加强先进技术的研发、推广和应用。
本书为“战略前沿新技术——太赫兹出版工程”09分册，全书采用80克雅质纸，彩色印刷。本书主要从太赫兹辐射源、探测器及相关测试技术出发,介绍了太赫兹频段辐射源、探测器及探测技术的基本概念和特点,阐述了太赫兹光电测试技术中所涉及的基本理论、测试原理与方法、测试系统组成和主要技术特点。本书可作为太赫兹领域科研人员和相关学科研究生的参考书和工具书,亦可供有关工程技术人员参考。
太赫兹光电测试技术在太赫兹技术的实现和应用中发挥着重要作用,它涉及光学、电学、光电子学以及激光技术、真空和低温条件下的测试技术等,该技术的应用还涉及信息技术、材料学、光谱学和生物医学等学科,是一项多学科交叉的实验技术。 20世纪90年代后期,随着能带工程和激光技术的发展,太赫兹辐射的产生方式、探测技术及相关应用研究获得蓬勃发展。 当年认为的“太赫兹空隙”已经逐步被“填充”,太赫兹技术也日趋成熟并逐渐获得应用。 为此,对太赫
兹频段的光电测试技术进行梳理和总结势在必行。本书从太赫兹辐射源、探测器及相关测试技术出发,结合作者在太赫兹频段器件测试、系统应用以及平台建设方面的经验,介绍了太赫兹频段光电测试技术中所涉及的基本理论和概念、测试原理与方法、测试系统组成及其主要技术特点。 本书共5章,绪论介绍了太赫兹频段光电测试技术的概况与特点;1章介绍了太赫兹光电测试技术中涉及的辐射源、探测器和相关探测技术;第2章介绍了太赫兹频段光电测试过程中涉及的真空与低温技术;第3章介绍了太赫兹频段的光学元件、太赫兹激光与光电器件的测试技术;第4章介绍了适用于太赫兹频段的光谱测量技术;第5章介绍了太赫兹光电测试技术在器件参数测量与标定、太赫兹成像与信号传输方面的应用。 希望通过对太赫兹频段光电测试技术的归纳和总结,促进太赫兹技术在材料学、生物医学、公共安全和信息技术等领
域的应用与发展。
课题组成员在本书部分内容及相关科研项目完成过程中给予了大力帮助。特别感谢符张龙、郭旭光、顾亮亮、邱付成、王红雨、罗小青和付亚州在太赫兹量子阱探测器性能分析、光电与光谱测试技术方面给予的大力帮助;感谢万文坚、韩英军和黎华在太赫兹量子级联激光器性能测试与分析方面给予的大力帮助;感谢顾立、陈镇、王长、周涛和张戎在太赫兹通信与成像技术方面给予的大力帮助。
由于太赫兹光电测试技术涉及的学科范围较广,加之目前太赫兹技术的发展还处于多种技术的交叉融合过程中,研究成果的数据更新较快,同时限于作者的知识和能力,书中难免存在疏漏与不足之处,敬请同行与读者批评指正。
谭智勇、曹俊诚
2019年6月于上海
谭智勇，中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员，硕士生导师。主要从事太赫兹光电技术和低温技术领域的研究工作，在太赫兹光电测试与表征、太赫兹器件模块与应用方面取得多项创新性成果。在IEEE PTL、APL、ASS和EL等期刊发表了SCI论文30余篇，获得授权发明专利8项（含2项美国专利）、实用新型专利3项，在国内外学术会议做邀请报告5次。2010年获上海市优秀毕业生荣誉称号，先后担任中科院“十二五”太赫兹科技规划组秘书。作为项目负责人承担科技部仪器专项任务，基金委面上项目、青年项目以及上海市自然科学基金项目等。
曹俊诚教授：中科院上海微系统与信息技术研究所研究员，博士生导师，国家杰出青年基金获得者、中科院“百人计划”入选者、国务院政府特殊津贴获得者、国家科技部重大仪器专项首席科学家、上海市优秀学科带头人计划入选者、上海市自然科学牡丹奖获得者、 “中国科学院优秀教师”称号获得者。主要从事太赫兹物理、器件及太赫兹通信与成像应用等方面的研究工作，研制出太赫兹量子级联激光器和量子阱探测器，并实现了太赫兹实时音频和视频传输验证。
0 绪论 001
1 太赫兹辐射体与探测器件 005
1.1 引言 007
1.2 太赫兹频段的辐射度学 007
1.2.1 基本物理量 007
1.2.2 基本定律 009
1.2.3 太赫兹辐射在大气中的传播 017
1.3 太赫兹辐射体 020
1.3.1 基本性能参数 020
1.3.2 太赫兹辐射源 021
1.4 太赫兹探测器件 029
1.4.1 基本性能参数 030
1.4.2 热探测器 036
1.4.3 光子型探测器 041
1.4.4 多像元探测器 044
1.5 太赫兹探测技术 046
1.5.1 直接探测技术 046
1.5.2 相干探测技术 047
1.5.3 微弱信号探测技术 047
1.5.4 雷达技术 048
1.5.5 高速探测技术 048
1.5.6 信号同步技术 049
1.6 小结 051
参考文献 051
2 太赫兹光电测试中的真空与低温技术 055
2.1 引言 057
2.2 真空技术 057
2.2.1 真空概述 057
2.2.2 真空的测量 060
2.2.3 真空泵 061
2.2.4 真空附件 063
2.2.5 真空检漏技术 065
2.2.6 太赫兹光电测试中的真空 068
2.3 低温技术 071
2.3.1 低温概述 071
2.3.2 冷质与冷量 073
2.3.3 低温的测量 073
2.3.4 制冷方式与装置 074
2.3.5 太赫兹光电测试中的低温 081
2.4 小结 083
参考文献 084
3 太赫兹光学元件与光电器件表征技术 085
3.1 引言 087
3.2 光学元件 087
3.2.1 太赫兹窗片 088
3.2.2 太赫兹透镜 089
3.2.3 太赫兹反射镜 090
3.2.4 太赫兹波片 093
3.2.5 太赫兹偏振片 093
3.2.6 太赫兹滤光片 094
3.2.7 光学元件特性测试 096
3.3 太赫兹激光耦合与光路校准 096
3.3.1 光束耦合技术 096
3.3.2 光路校准技术 102
3.4 太赫兹激光器测试技术 104
3.4.1 电流 电压特性 104
3.4.2 激光频率 106
3.4.3 激光功率 107
3.4.4 工作温度 113
3.4.5 激光偏振 114
3.4.6 光束测量技术 115
3.4.7 稳定性与可靠性 117
3.5 太赫兹光探测器测试技术 128
3.5.1 电流 电压特性 128
3.5.2 光响应谱 132
3.5.3 峰值响应率 134
3.5.4 噪声等效功率 137
3.5.5 比探测率 139
3.5.6 响应速度 139
3.5.7 偏振选择性 140
3.6 小结 142
参考文献 142
4 太赫兹光谱测量技术 145
4.1 引言 147
4.2 傅里叶变换光谱技术 147
4.2.1 傅里叶变换光谱仪原理 148
4.2.2 光谱仪的主要部件 152
4.2.3 透/反射谱测量技术 158
4.2.4 时间分辨光谱测量技术 164
4.2.5 器件光谱测量技术 166
4.3 太赫兹时域谱技术 167
4.3.1 工作原理 168
4.3.2 技术特点与测量举例 168
4.3.3 泵浦 探测技术 170
4.4 太赫兹频域谱技术 174
4.4.1 工作原理 175
4.4.2 技术特点与测量举例 176
4.5 小结 178
参考文献 178
5 基于太赫兹量子器件的测试技术及应用 181
5.1 引言 183
5.2 基于太赫兹量子器件的光电测试技术 183
5.2.1 脉冲太赫兹激光测量 184
5.2.2 基于单频光源的响应率标定 188
5.2.3 太赫兹阵列探测器标定 191
5.2.4 太赫兹空芯光纤损耗测量 195
5.2.5 太赫兹偏振光的测量与转换 198
5.2.6 表征技术的改进 204
5.3 基于太赫兹量子器件的成像技术 208
5.3.1 扫描成像技术 208
5.3.2 实时成像技术 218
5.3.3 成像技术的应用 222
5.4 基于太赫兹量子器件的无线通信技术 229
5.4.1 太赫兹激光的传输 229
5.4.2 太赫兹信号的调制与解调 230
5.4.3 太赫兹通信演示 235
5.4.4 器件通信性能的改进 244
5.5 小结 247
参考文献 247
索引 250
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