【摘 要】
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太赫兹（terahertz,THz）波由于其独特的性质,在移动通信、环境监测、物体成像与检测、航空航天和医药卫生等领域有着巨大的应用前景。近年来,世界各国对THz科学与技术领域投入了大量的研究,并取得了丰硕的成果。然而,缺少相对廉价的、快速响应、高灵敏度的室温THz波探测器制约THz技术的发展,为了获得高灵敏度的室温THz波探测器,本项目组己研制了基于等离子体与THz波相互作用的THz波探测器。用
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目,“基于微等离子体的太赫兹波焦平面实时成像阵列的研究”,（No.61575161）；
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太赫兹（terahertz,THz）波由于其独特的性质,在移动通信、环境监测、物体成像与检测、航空航天和医药卫生等领域有着巨大的应用前景。近年来,世界各国对THz科学与技术领域投入了大量的研究,并取得了丰硕的成果。然而,缺少相对廉价的、快速响应、高灵敏度的室温THz波探测器制约THz技术的发展,为了获得高灵敏度的室温THz波探测器,本项目组己研制了基于等离子体与THz波相互作用的THz波探测器。用微等离子体代替等离子体来探测THz波,探测器会具有更小的探测体积且响应速度更迅速,所以用微等离子体与THz波相互作用的原理来研制THz波探测器,会有灵敏度高、经济、便携等优点。因此,本文从理论方面研究太赫兹波与微等离子体的相互作用规律。首先,在动力学模型中选择合适的流体模型。从麦克斯韦方程组出发建立了微等离子体放电的波动方程,考虑了THz波产生的电学效应对微等离子体的影响,同时确定了边界条件,建立了THz波与微等离子体相互作用的模型基础。其次,应用Comsol软件建立一维微等离子体放电模型,通过改变电极电压、电极间距,即微等离子体厚度、微等离子体密度等参数,得到在电压为150V、电极间距为1mm、微等离子体密度为108/m3时,微等离子体的电子密度较高,同时电子温度处于2.5eV左右即39000K。大连理工研究所得的电子温度为1eV～3.5eV左右,中科院研究所得的结果为10eV以下。对比其他条件下,可以认为该条件下的放电程度更充分和稳定,为选择合适的放电条件奠定了基础。最后,应用Comsol软件建立二维模型,表征THz波入射到微等离子体放电区域的反应情况。本文通过改变THz波频率、微等离子体密度,从而得到在THz波频率为0.1THz,微等离子体密度为108/m3时,模型中THz波的透过率较高,损耗较少,THz波的传输较为稳定。结合一维的模拟结果,可以认为该微等离子体放电区间可以稳定的检测THz波,且具有较高的精度。本工作为研制新型的基于微等离子体的THz波探测器奠定了理论基础。
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