【正文】 Ahtnhtq 0 20212212 2121 )( dd)( ?? ???? ???∴ 其中 q0= h v A21n20 是 t =0 時(shí)的自發(fā)發(fā)射光功率 可見 : 自發(fā)發(fā)射光功率隨時(shí)間 t 亦按指數(shù)律衰減 dn2(t) = － dn2=－ A21n2(t)dt (2).受激輻射 :—— 原處于高能級 E2的粒子 , 受到能量 恰為 hv=E2E1的光子的激勵(lì) , 發(fā)射出 與入射 光子相同 的一個(gè)光子而躍遷到低能級 E1 。 (普通光源 ) E2 E1 n2 n1 h? (b) 自發(fā)發(fā)射系數(shù) A21 : 設(shè) E2上粒子數(shù) (密度 )為 n2 , 時(shí)間 dt內(nèi) 、 單 位體積內(nèi)經(jīng)自發(fā)發(fā)射從 E2躍遷到 E1的粒子數(shù)為 dn2 則因 dn2∝ n2 且 dn2 ∝ dt ∴ tnAdn d2212 ??或 tnnA dd1 2221 ???(71) 關(guān)于數(shù)字下標(biāo)的說明 (下同 ): ① 單下標(biāo) 能級的量 [如 n2為 E2上粒子數(shù) (密度 )] ② 雙下標(biāo) 過程的量 , 先初態(tài)后末態(tài) (如 A21表示從 E2躍遷 到 E1的自發(fā)發(fā)射系數(shù) ) (c) A21的物理意義 : A21是單位時(shí)間 、 單位體積內(nèi)在 E2上所有 n2個(gè)粒子中會(huì)發(fā)生自發(fā)發(fā)射的粒子所占的比例 , 所以 A21是自發(fā)發(fā)射的幾率 。） (a)特點(diǎn) :各粒子自發(fā) 、 獨(dú)立地發(fā)射的光子 。此外，自發(fā)輻射場的傳播方向和偏振方向也是無規(guī)則分布的。 hv=E2E1 E2 E1 E2 E1 2. 光頻電磁場與物質(zhì)的三種相互作用過程 (1).自發(fā)輻射 —— 在無外電磁場作用時(shí) ,粒子自發(fā)地從 E2躍遷到 E1,發(fā)射光子 hv。 (2).在這種模型中的輻射躍遷 : 粒子 從低能級向高能級躍遷 ,須吸收光子 。 1. 愛因斯坦粒子模型 愛因斯坦在光量子論的基礎(chǔ)上 , 把光頻電磁場與物質(zhì)的相互作用劃分為三種過程 自發(fā)發(fā)射 , 受激吸收 和 受激發(fā)射 , 并把它們用三個(gè)愛因斯坦系數(shù)加以定量描述 。 可視為帶電的線性諧振子； 組成黑體腔壁的分子或原子 頻率 為 ? 的諧振子，吸收和發(fā) 射能量的最小值 e ? h ? 稱為 能量子（或量子） h = 10 J 在全波段與實(shí)驗(yàn)結(jié)果驚人符合！ 普朗克公式 (1900年 10月 ) 1900年 12月 24日，普朗克在 《 關(guān)于正常光譜的能量分布定律的理論 》一文中提出能量量子化假設(shè)，量子論誕生。 )(TM??KT 17001 ?KT 15002 ?KT 11003 ?o1m? 2m? 3m?1 2 3 1 2 3m m mT T T ? ? ?? ? ? ? ?MB? ? 瑞利 — 金斯公式 (1900年 ) 維恩公式 (1896年 ) 試驗(yàn)曲線 黑體輻射的瑞利 — 金斯公式 經(jīng)典物理的困難 42 π() cM T k T???瑞利 金斯公式 紫外災(zāi)難 維恩公式在短波部分與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合得很好，但長波卻不行。 4. 黑體輻射的兩個(gè)定律 : bT m ??32. 89 8 10 m Kb ?? ? ?（ 2）維恩位移定律 維恩位移定律表示了黑體單色輻出度最大值相對對應(yīng)的波長與溫度的關(guān)系。 4()M T T??斯特藩常量： 428 ??? ?????)(TM ??K1700K1500 K1100o 黑體總的輻射度 M(T ) 與絕對溫度的四次方成正比。 2）隨著溫度的升高，黑體的單色輻出度迅速增大，并且曲線的極大值逐漸向短波方向移動(dòng)。 灰體 :吸收本領(lǐng)介于黑體和白體之間。 對于任意溫度或波長，絕對黑體的吸收比都恒為 1： 1 可把一個(gè)開小孔的不透光空腔看成黑體。 火 爐 600度 1000度 400度 黑體熱輻射 實(shí)驗(yàn)證明不同溫度下物體能發(fā)出 不同的電磁波，這種能量按頻率的分布隨溫度而不同 的電磁輻射叫做熱輻射 . 黑體 :是指在任何溫度下，全部吸收任何波長的輻射的物體。 四十年后，受激輻射概念在激光技術(shù)中得到了應(yīng)用。在普朗克 (Max P lanck)于 1900年用輻射量子化假設(shè)成功地解釋了黑體輻射分布規(guī)律， 愛因斯坦在此基礎(chǔ)上 , 研究了關(guān)于光與物質(zhì)相互作用的問題 ,他明確指出 ,只有自發(fā)輻射和光吸收兩過程 ,是不足以解釋普朗克黑體輻射公式的 ,必需引入受激吸收過程的逆過程 —— 受激發(fā)射 。那么只要有一個(gè)光子引發(fā)，就會(huì)迫使一個(gè)處于高能態(tài)的原子受激輻射出一個(gè)與之相同的光子，這兩個(gè)光子又會(huì)引發(fā)其他原子受激輻射，這樣就實(shí)現(xiàn)了光的放大；如果加上適當(dāng)?shù)闹C振腔的反饋?zhàn)饔帽阈纬晒庹袷帲瑥亩l(fā)射出激光。 3. 增益大于損耗：產(chǎn)生光子的數(shù)目大于其損耗。 Maiman Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 表示“受激輻射的光放大” 工作物質(zhì) ： 實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn) 激勵(lì)源： 使原子被激發(fā) 諧振腔： 光放大作用 激光器的三要素 固體、氣體、液體和半導(dǎo)體 光泵浦，電激勵(lì)，化學(xué)激勵(lì)，核泵浦 一是全反射，另一是部分透射 產(chǎn)生激光的三個(gè)必要條件 1. 受激輻射： 光子激勵(lì)高能態(tài)粒子，輻射產(chǎn)生光子。 1962年， He－ Ne氣體激光器在美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功。此后，半導(dǎo)體激光器、染料激光器、自由電子激光器都在相應(yīng)學(xué)科的支持下出現(xiàn)。 1958年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的湯斯和肖洛發(fā)表了關(guān)于激光器的經(jīng)典論文，奠定了激光發(fā)展的基礎(chǔ)。 偏振特性： Room temperature GaN/AlGaN selfmixing terahertz detector enhanced by resonant antennas, Applied Physics Letters. 98, 252103 (2022) 響應(yīng)速度 ? 以器件 4為例進(jìn)行測量 ?室溫下鐵電探測器的響應(yīng)速度低 于 500 Hz ?室溫下測輻射熱計(jì)在 4 KHz的調(diào) 制頻率下，衰減了將近 10倍。 ?THz電場平行于天線的長邊時(shí)： 器件的響應(yīng)最大。 ? 低溫下器件的 NEP達(dá)到 4p W/。 ? 低溫下器件的響應(yīng)度超 過了 8 KV/W。 ?初步檢測到微弱的光電流初步檢 測到微弱的光電流； ?響應(yīng)度約為 10 V/W。 隔離天線跟引線電極，用以 保證天線的諧振性能。 器件加工 搭建 THz探測的電學(xué)和光學(xué)測試系統(tǒng)（包括 PCB板，偏振片，三維手動(dòng)微動(dòng)平臺等） 測試分析 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 對測試結(jié)果進(jìn)行分析，并反饋設(shè)計(jì)，優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)高靈敏度，高響應(yīng)度和較低的NEP。 Nano gate 用 FDTD模擬設(shè)計(jì)適合自混頻探測原理的天線結(jié)構(gòu)和濾波器等。jefors, A. Lisauskas, D. Glaab, and . Roskos, et al） Institute for HighFrequency and Commun