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超快激光技术和超短电子束团产生技术的迅速发展,极大地促进了相干太赫兹辐射源产生机理、检测技术和应用技术研究的蓬勃发展。太赫兹具有广阔的应用前景,被列为改变未来世界的十大技术之一。基于加速器的先进光源技术及其应用是上海应用物理研究所(SINAP)的主要学科方向,已建成30MeV飞秒电子束装置产生的超短电子束团通过磁场周期变化的波荡器、弯转磁铁及铝膜等可直接用于产生高功率的太赫兹辐射。本论文的主要工作是太赫兹光谱仪的研制,并用该谱仪对飞秒直线加速器产生的高功率太赫兹光进行测量和研究。
为了满足SINAP飞秒电子加速器产生的不同种类的太赫兹光源光谱测量的需要,光谱仪的光路采用多光口光路设计。多光口光路设计一方面使谱仪能够灵活的直接对点太赫兹光和平行太赫兹光进行测量,省去了对不同光源需要采用不同的外在转换光路带来的不便;另一方面使光谱仪可以灵活的使用各种外置探测器,从而扩大了光谱仪的测谱范围;再者也使光谱仪很容易拓展为光谱材料分析仪。为了减小由于光谱仪的动镜在运动过程中的不稳定和容易倾斜而产生的误差,采用中空立方角镜代替传统的平面反射镜作为动镜,中空立方角镜能够保证入射到它上面的光线按平行于入射方向的相反方向反射出,其在运动过程中的偏摆不会对干涉图产生影响。中空立方角镜的使用,增强了谱仪的抗干扰性,提高了测量重复性及精度。此外,光谱仪真空系统能够减少空气中的水气对太赫兹光谱的影响。大口径的光学元件能够满足直径50mm的入射光斑,保证了入射到光谱仪中的光通量。高直线度高精度微定位位移台,保证了谱仪运动系统的移动精度、速度的均匀性和方向准直性。基于LABVIEW语言编制的光谱仪数据实时采集和处理分析软件具有解决超大数据量干涉图的傅里叶变换、切趾、去直流值及光谱图再现等功能,提高了光谱仪系统操作的可视性及灵活性。
论文利用研制的太赫兹光谱仪和空间二维扫描平台等对SINAP超短电子束装置产生的高功率相干太赫兹波荡器辐射以及相干太赫兹弯铁辐射光的光谱、功率、功率空间分布以及偏振特性进行了测量和研究。
本论文的研究结果对于促进我国高功率太赫兹波源的建设和太赫兹波性能的研究具有重要的意义。