عنوان پایان‌نامه
بررسی وبهینه سازی تولید امواج تراهرتز براساس پلاسمای ناشی از لیزر
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-مخابرات-میدان
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2803;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 70911
- تاریخ دفاع
- ۲۳ تیر ۱۳۹۴
- دانشجو
- ابوالفضل یوسف زمانیان
- استاد راهنما
- محمد نشاط
- چکیده
- امروزه، باند فرکانسی تراهرتز که فاصله THz 10 -1/0 را می پوشاند، در مرز تحقیقات در حوزه های مختلف علمی مانند فیزیک، شیمی، بیولوژی، مواد و پزشکی قرار گرفته است. پیشرفت های قابل ملاحظه اخیر در علم و فناوری تراهرتز، گستره وسیعی از فرصت های پژوهشی را به وجود آورده است. در بسیاری از کاربرد ها، نیاز به مولدهایی است که توانایی تولید امواج پالسی تراهرتز با توان بالا و طیف فرکانسی وسیع را داشته باشند؛ در تولید تراهرتز بر اساس پلاسمای ناشی از لیزر این امکان تا حد زیادی قابل دستیابی است. در این پایان نامه پس از مروری بر ویژگی های پلاسما، به مدل سازی و انتشار موج الکترومغناطیس در پلاسما پرداخته می شود. سپس راه‌کارهای گوناگون در تولید موج تراهرتز از پلاسمای لیزری مورد مطالعه قرار گرفته که از این میان روش بایاس AC به عنوان روش مناسب انتخاب می گردد. در این روش از تمرکز یک لیزر فمتوثانیه به همراه هارمونیک دوم آن بر روی نقطه ایی از هوا، پلاسما ایجاد می شود. در ادامه به بررسی روش های مختلف مدل سازی بایاس AC در تولید موج تراهرتز از پلاسمای ناشی از لیزر، می پردازیم و مدل جریان نوری را به عنوان مدلی که در عین سادگی، توجیه مناسبی از فرآیند گسیل تراهرتز دارد را بر می گزینیم. با استفاده از مدل پیشنهادی، پهنای باند و سطح نسبی توان تابشی تراهرتز از پلاسما، بر حسب تغییرات اختلاف فاز، پهنای پالس و شدت میدان لیزر فمتوثانیه و هارمونیک دوم آن مورد کنکاش قرار می گیرد. سپس الگوی تابش موج تراهرتز با تعمیم مدل جریان نوری در فضای سه بعدی و تغییرات آن در فرکانس های مختلف در پهنای باند، مورد بررسی قرار می گیرد. بر همین اساس پلاریزاسیون موج تراهرتز تولید شده و اثرات اختلاف فاز و پلاریزاسیون لیزر فمتوثانیه و هارمونیک دوم آن مطالعه می گردد. در پایان ملاحظات پیاده سازی این پدیده بیان شده و آزمایش تولید و آشکارسازی یک موج فروسرخ میانه به عنوان نمونه ای از یک فرآیند پهن باند ارائه می گردد. واژه های کلیدی: تولید و آشکارسازی تراهرتز-پلاسمای ناشی از لیزر-نور غیرخطی-جریان نوری-الگوی تابش-پلاریزاسیون
- Abstract
- In recent years, the application of terahertz technology in various fields of science and engineering has made THz research rising from relative obscurity to the spotlight. Demonstrated applications include label-free DNA genetic analysis, cellular-level imaging, chemical/biological sensing, explosives detection, tomographic imaging, non-destructive testing and so on. In many applications, sources with high power and broad bandwidth are desirable. THz generation based on laser-induced plasma can satisfy both requirements. In this thesis, we review parameters, modeling, and electromagnetic waves propagation in plasma. Then, we study various methods of laser-induced plasma terahertz generation, and we choose AC bias as an efficient method. In such a method, a femtosecond laser along with its second harmonic is focused at some point in the air to create plasma. We choose the photo-current model that justifies THz emission process very well despite its simplicity as compared to other methods. In addition, we investigate the effect of phase difference, pulse widths and intensity of incident femtosecond laser and its second harmonic on the bandwidth and relative power of THz emission. Moreover, we calculate radiation pattern at different frequencies in the bandwidth by extending the photo-current model to three dimensions. Likewise, we study the polarization state of the generated THz wave under the influence of phase difference and polarization states of the femtosecond laser and its second harmonic. Finally, we describe experimental conditions for THz generation based on AC biased method in laser-induced plasma, and propose an experiment for generation and detection of a mid-IR thermal source as an example of wideband emission process. Keywords: THz Generation and Detection, Laser-Induced Plasma, Nonlinear Optics, Photo-Current, Radiation pattern, Polarization
