1 西安邮电大学 电子工程学院, 西安 710121
2 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
利用半导体布洛赫方程，讨论了量子阱在沿其平面方向偏振的太赫兹场驱动下的光学吸收谱。研究结果揭示了半导体量子阱在沿平面方向偏振的强太赫兹场驱动下吸收谱的一些新奇效应，如主吸收的太赫兹边带、动态弗兰兹-凯尔迪什效应。太赫兹场的频率及其相位对探测场吸收谱的影响也很显著。
太赫兹复制峰 动态弗兰兹-凯尔迪什效应 子带间跃迁 半导体布洛赫方程 terahertz replicas dynamical Franz-Keldysh effect intersubband transition semiconductor Bloch equations
1 北京应用物理与计算数学研究所， 北京100094
2 中国工程物理研究院 太赫兹研究中心， 四川 绵阳 621900
在对中国工程物理研究院高功率太赫兹(THz)自由电子激光(FEL)装置理论分析和设计的基础上，针对目前THz FEL光腔设计面临的主要难点，提出了椭圆型耦合输出光腔的设计方案，并对椭圆型耦合输出光腔代替传统FEL光腔的优势、光腔品质、耦合效率等进行了分析研究。研究表明，椭圆型耦合光腔的设计更适合目前THz FEL波导光腔的光斑特点，可使光腔输出功率提高33%以上，输出耦合效率即光腔品质可提高30%~70%;随着辐射频率的提高，椭圆孔耦合输出光腔的优势提高更为明显。
太赫兹 自由电子激光 光腔 耦合设计 terahertz free-electron laser optical resonator coupling design
1 北京应用物理与计算数学研究所， 北京 100094
2 中国工程物理研究院 太赫兹研究中心， 四川 绵阳 621900
采用理论分析与数值模拟相结合的方法，分别对140,220和345 GHz折叠波导行波管中的束流发射度的影响因素及其对直流导通率的影响进行了分析，总结了发射度随频率、结构参数和电子束参数的变化规律。研究发现，在太赫兹频段束流发射度直接决定着聚焦磁场的选取设计, 是表征太赫兹频段束流品质的一个重要参量。
太赫兹 折叠波导行波管 发射度 电子束 流通率 terahertz folded waveguide traveling-wave tube emittance electron beam pass rate
1 北京应用物理与计算数学研究所， 北京 100094
2 中国工程物理研究院 太赫兹研究中心， 四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心， 成都 610041
大气对太赫兹辐射传输存在一定的非协作性，即存在吸收衰减。为了实现太赫兹辐射的有效应用必须细致地了解太赫兹辐射大气传输的窗口位置、宽度及大气透过率。选取了处理大气非均匀路径、吸收带重叠等大气辐射传输问题的最精确方法——逐线积分法，发展计算程序，并基于HITRAN分子谱线数据，对水汽、氧气、臭氧、氮气、二氧化碳等单组分气体分子对太赫兹辐射传输的吸收衰减情况进行了计算与分析，并给出了在太赫兹电磁波大气传输衰减中占主要因素的水汽和氧气的衰减峰位置。
太赫兹 大气衰减 逐线积分 透过率窗口 terahertz atmospheric attenuation line by line integral transmission windows
北京应用物理与计算数学研究所， 北京 100094
利用T-matrix方法对太赫兹波段亚波长半导体球形阵列进行了数值模拟并在数值模拟结果的基础上讨论了其光学特性。在太赫兹波段可以通过掺杂等手段调节半导体的表面等离子体特性。以半导体InSb为例并采用Drude模型，对单个亚波长球及两个或多个亚波长球组成的阵列进行了数值模拟，主要以归一化消光截面为参数，讨论了不同阵元半径、不同球形单元间距、不同单元数目及入射波不同极化方向对阵列特性的影响。
太赫兹波段 亚波长 球形阵列 T-matrix方法 terahertz frequency range subwavelength sphere array T-matrix method
西南交通大学 电磁场与微波技术研究所， 成都 610031
随着110 GHz高功率太赫兹波功率容量的提升，其引起的大气击穿问题越来越受到重视。将若干等效电离参数表达式引入到电子雪崩密度方程中，计算了不同压强下的大气击穿阈值。结果表明，由Ali等效电离参数得到的110 GHz击穿阈值与实验数据符合得很好。在此基础上，利用Ali等效电离参数对逃逸传输能量密度与太赫兹波振幅的关系进行了分析。结果表明，当太赫兹波振幅小于击穿阈值时，逃逸传输能量密度随功率密度的增加线性增加;当太赫兹波振幅大于击穿阈值时，逃逸传输能量密度随功率密度先减小后增大。
太赫兹波 击穿阈值 逃逸时间 功率密度 等效电场 压强 terahertz waves breakdown threshold exponentiation time power density equivalent electric field pressure
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 成都 610041
2 中国工程物理研究院 太赫兹研究中心, 四川 绵阳 621900
3 华中科技大学 光学与电子信息学院， 武汉 430074
CO2泵浦源是光泵气体太赫兹激光器的核心器件之一，其性能直接关系到太赫兹激光器的工作稳定性。CO2泵浦源一般由闪耀光栅作为全反射尾镜，构成特殊的光栅腔实现波长的选支输出。采用传输矩阵的特征向量法对光栅谐振腔的腔内光场模式进行了理论分析与数值模拟，计算了光栅腔的一系列本征模式及相应的衍射损耗。结果表明光栅腔的腔内模式特性等效于一个平凹腔，而对于大菲涅尔数的光栅腔， Littrow波长的附近支线也可能具有衍射损耗较低的低阶模，可能优先于Littrow波长的高阶模起振，导致光栅腔的波长选择性降低。
光泵气体THz激光器 CO2激光泵浦 光栅腔 特征向量法 optically pumped THz gas laser CO2 laser pump grating resonator eigenvector method
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 等离子体物理重点实验室, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 太赫兹研究中心, 四川 绵阳 621900
掺杂半导体中的载流子吸收在THz波段非常明显，其相互作用研究是研制THz通信中的关键器件之一的基础。采用氟化氪(KrF)脉冲准分子激光烧蚀沉积(PLD)技术，制备了Ni掺杂BaTiO3/SrTiO3多层膜。基于辐射频率为3.09 THz、脉冲功率为10 mW量级的THz 量子级联激光器(QCL)光源研究了太赫兹波在Ni掺杂BaTiO3/SrTiO3多层膜中的传输，发现损耗主要是Ni颗粒的非共振吸收导致。
太赫兹 量子级联激光器 多层薄膜 激光烧蚀沉积 掺杂 terahertz quantum cascade laser multilayer film laser ablation deposition doping
1 北京应用物理与计算数学研究所， 北京 100094
2 中国工程物理研究院 太赫兹研究中心， 四川 绵阳 621900
针对THz频段微电真空器件波导壁面材料电导率及加工粗糙度引发损耗的模拟需求，研制了有限电导率模块，并将其添加进三维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPTUNE3D。介绍了有限电导率的时域有限差分显格式及时谐场近似解方法，针对上述方法的优缺点，提出了基于扩散方程隐格式的有限电导率模块算法，该算法具备无条件稳定、普适性好的优点。利用矩波导常见电磁波模传输损耗算例，测试了自编的有限电导率模块，测试结果与理论值及同类商业电磁软件计算结果进行了比对，验证了模块的可靠性。利用添加有限电导率的三维全电磁粒子模拟程序NEPTUNE3D，模拟了材料电导率以及表面粗糙度对0.22 THz折叠波导行波管性能的影响，模拟结果表明,材料电导率及表面粗糙度会显著降低器件输出功率和增益水平。综合色散关系、耦合阻抗、衰减常数等因素，给出了器件结构参数设计建议，并指出：通过增加电子束流、注入信号功率以及慢波结构周期数目等方式可一定程度上提高器件输出功率水平。
高功率微波 三维全电磁粒子模拟 有限电导率 表面粗糙度 太赫兹折叠波导行波管 high power microwave 3D fully electromagnetic and PIC simulation finite conductivity surface roughness THz folded-waveguide traveling-wave tube
