超宽谱太赫兹源空间功率合成技术及辐射特性研究

本项目针对超宽谱太赫兹空间功率合成的三个关键问题：超宽谱功率空间功率合成的基本原理、超宽谱光导天线结构的优化设计、以及超宽谱光导天线阵列单元的高精度同步触发的技术实现，提出了基于"波形一致性"的超宽谱太赫兹空间功率合成的方法，将经典功率合成概念推广应用于超宽带瞬时脉冲的场合。本项目重点研究基于"波形一致性"的超宽谱太赫兹空间功率合成的基本原理、方法与实现；搭建超宽谱太赫兹空间功率合成数值模拟平台，研究超宽谱信号"相干度"的定义和度量方法，提出时频约束条件，并设计超宽谱太赫兹空间功率合成方案；建立并分析光导天线等效电路模型，优化设计光导天线结构；研制"集成式"、"分立式"两类形式的天线阵列和"单光路触发"、"分光触发"、"光纤延迟触发"三种触发装置；研制超宽谱太赫兹空间功率合成系统原理样机，实现超宽谱太赫兹辐射远场特性测试并研究光导天线阵列排布形式对空间功率合成效率的影响。

本项目针对超宽谱太赫兹空间功率合成的关键问题，从太赫兹光导天线空间功率合成数值模拟、优化设计、技术实现和效率测试等方面开展研究，完成了两路100μm光导天线空间功率合成，合成效率为62%；完成了两路500μm光导天线空间功率合成，合成效率为89.3%；完成了四路500μm光导天线空间功率合成，合成效率为83.4%，太赫兹辐射功率增加2.45倍。通过本项目的研究，将经典功率合成概念推广应用于超宽带瞬时脉冲的场合，为太赫兹检测技术的应用提供高功率、超宽带的太赫兹辐射源的产生方法和实现技术，共发表学术论文10篇，其中三大检索4篇；申请国家发明专利1项，培养研究生6名。.通过分析太赫兹空间功率合成的原理以及太赫兹空间合成模拟仿真原理，研究了太赫兹空间功率合成数值模拟技术。设计并开发了太赫兹空间功率合成数值模拟软件，实现了多路光导天线延迟叠加正算、多路光导天线延迟叠加反算、多路波形处理叠加正算、多路波形处理叠加反算等功能；采用数据模拟软件对34μm、500μm、1000μm偶极子光导天线进行了空间功率合成模拟，获得了时频约束条件，为构建太赫兹空间功率合成系统奠定基础。.通过分析光导天线太赫兹辐射原理，优化设计了太赫兹光导天线。结合麦克斯韦方程、非线性泊松方程、连续性方程，研究了方程的离散以及完美匹配层吸收边界条件；开发了光导天线仿真软件，并通过与光导天线实验结果对比，验证了仿真软件的正确性；依据光导天线仿真软件，优化设计并制作了光导天线试样，为太赫兹空间功率合成系统提供辐射源。.通过构建太赫兹时域光谱系统，检测了空间功率合成系统关键器件；测试了光导天线影响因素，包括偏振片角度、ZnTe角度、飞秒激光中心波长、泵浦光能量、探测光能量、光导天线偏置电压、光斑位置、光斑大小、湿度等，并进行了重复性、动态范围。依据时频约束条件和光导天线仿真结果，构建了两路光导天线空间功率合成系统、四路光导天线空间功率合成系统、功率辐射特性测试系统，开发了太赫兹空间功率合成控制软件；实验获得了100μm、500μm光导天线空间功率合成效率。