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基于发光二极管的强场太赫兹相机.docx
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基于发光二极管的强场太赫兹相机.docx
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摘要
报道了一种基于发光二极管(LED)的强脉冲场太赫兹相机,其工作原理是皮秒脉宽的强场太
赫兹辐照到 LED 之后,当太赫兹电场强度大于 50 kV/cm 时,由于碰撞电离效应,LED 两端会
产生纳秒脉宽的光伏信号。利用此效应成功制备了扫描式和阵列式的 LED 太赫兹相机,并
捕捉到了由铌酸锂倾斜波前技术产生的强场太赫兹焦斑。该相机有成本低、信号强、响应
快、成像面积大等特点,并会为发展基于强场非线性效应的太赫兹成像技术提供新思路。
Abstract
A strong-pulsed-field terahertz camera based on light emitting diode (LED) is reported in
this paper. It is based on the operational principle that LED can generate nanosecond
pulse-duration photovoltaic signal with a reproducible response to picosecond pulse-
duration intense terahertz irradiation due to impact ionization when terahertz electric field
strength is larger than 50 kV/cm. By employing this effect, we fabricate scanning and
array LED-terahertz cameras. These devices have successfully captured images of
focused terahertz beam profile generated in lithium niobate via the tilted pulse front
technique. The proposed camera has characteristics of low cost, strong photovoltaic
signal, rapid response, and large imaging area. Meanwhile, it would give a new idea in
developing terahertz imaging technology based on strong-field nonlinear effect.
1 引言
强场太赫兹源以其高峰值场强、低光子能量、独特的光学频段(0.1~10 THz)等优势受到太
赫兹科研领域的研究人员的广泛关注。它将太赫兹在凝聚态物理、材料科学、生命科学等
方面的应用推向了强场非线性效应的新领域
[1-6]
。现有强场太赫兹源包括基于飞秒激光与固
体
[7-9]
、液体
[10]
、气体
[11-13]
相互作用的等离子体太赫兹源、有机晶体光整流太赫兹源
[14]
和铌
酸锂倾斜波前太赫兹源
[15-17]
等。为了优化这些源或者深入了解其中的物理过程,人们需要对
强场太赫兹源的输出场或者样品处的辐照场进行成像。Lombosi 等
[18]
运用成像放大法对倾
斜波前源出射和传播的太赫兹进行成像,观察并分析了太赫兹光斑移动与泵浦光通量之间的
关系。刘浩
[19]
用热释电太赫兹相机实现了对飞秒激光等离子体太赫兹源的空间角谱单发成
像,发现并解释了纳米柱靶后太赫兹辐射增强的现象。可以预见,随着强场太赫兹成像技术
的发展,人们对相关源及应用的认识会更加深入。
强场太赫兹成像需要依托强场太赫兹源,属于主动式成像。而强场太赫兹源的重复频率一般
比较低(<100 Hz),一些基于探针扫描的太赫兹成像方法,如时域光谱成像
[20-21]
、压缩感知成
像
[22-23]
、近场成像
[24-25]
、飞行时间成像
[26]
等,往往会面临成像时间过长、太赫兹脉冲序列之
间有抖动等问题。最有希望解决这些问题的方法是焦平面阵列(FPA)成像,它具有成像速度
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