太赫茲輻射物理及應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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馬泰奧·佩倫佐尼，道格拉斯 著，劉勁鬆 譯

圖書標籤:

• 太赫茲
• 太赫茲輻射
• 物理
• 應用
• 電磁波
• 光譜學
• 材料科學
• 半導體
• 探測技術
• 成像技術

齣版社： 華中科技大學齣版社

ISBN：9787568025546

版次：1

商品編碼：12127725

包裝：精裝

叢書名： 世界光電經典譯叢

開本：16開

齣版時間：2017-07-01

用紙：膠版紙

頁數：255

套裝數量：1

字數：286000

正文語種：中文

編輯推薦

適讀人群 ：相關研究領域研究生及科研人員。
本書可作為相關專業高年級本科生、研究生、科研和工程技術人員深入瞭解太赫茲物理及應用的參考書。

內容簡介

本書涵蓋瞭太赫茲輻射和應用的zui新進展。全書分為三個部分:太赫茲探測、太赫茲産生、太赫茲係統和應用。這三部分以完備的邏輯嚮讀者介紹太赫茲輻射的産生和探測中的物理問題，由器件與元件構成的係統及其在不同領域的應用。如果需要，也可單獨閱讀本書的任一章節來加深對某一特定主題的理解。

作者簡介

Douglas J. Paul 美國格拉斯哥大學教授，愛丁堡皇傢學會會士，物理研究所（Institute of Physics）特許物理學傢（Chartered Physicist），IEEE高級會士，英國工程和自然科學研究委員會（EPSRA）高級會士，在劍橋大學卡文迪什實驗室攻讀博士學位期間負責所有的矽/鍺矽研究項目。他是多傢政府部門谘詢委員會的顧問，如內政部、政府科學辦公室、國防科學顧問辦公室等，並於2004年至2008年期間擔當北約海關與邊境保護科學小組的英國代錶。Paul教授在眾多國際會議擔當評委會成員，是物理研究所《半導體科學技術》雜誌的編委會成員。他的研究興趣包括矽/鍺矽異質結構，互補金屬氧化物半導體，量子級聯激光器，量子設備，矽光子學，太赫茲係統，無極分子電子學和熱點技術等，成績突齣，享有世界盛譽，是全球知名的光電專傢。
劉勁鬆 華中科技大學二級教授，博士生導師。武漢光電國傢實驗室太赫茲光電子學研究中心負責人，兼任華中科技大學研究生院培養處處長。首屆霍英東高校教師基金獲得者，寶鋼優秀教師奬獲得者，全國工程專業學位研究生教指委委員，中國學位與研究生教育工科工作委員會委員，《應用光學》副主任委員，《激光技術》副主編，《電子器件術》副主編，湖北省光學學會常務理事，國傢光電子技術標準化委員會委員。獲國傢ji教學成果二等奬1項，省級教學成果一等奬2項。主持國傢自然科學基金7項，在Sci. Rep.，Phys. Rev. A &E;, Opt. Lett.，App. Lett.等刊物上發錶論文300餘篇。主要研究領域為太赫茲光電子學、太赫茲無損檢測以及太赫茲成像技術的基礎研究和技術研發。

精彩書評

涵蓋太赫茲輻射和應用zui新進展

目錄

第1章量子阱光電探測器/1

1.1光電導和光電二極管的基本原理/2

1.1.1探測器的性能參數/2

1.1.2太赫茲波段的相關問題/5

1.2半導體量子阱/5

1.2.1量子阱/6

1.2.2摻雜/8

1.3子帶躍遷/9

1.3.1吸收譜綫與選擇定則/9

1.3.2多體效應/11

1.4多量子阱係統中的輸運/12

1.4.1發射�膊痘衲Ｐ�/12

1.4.2動力學模型/14

1.4.3隧穿電流/15

1.5量子阱探測器/16

1.5.1優化設計/16

1.5.2光耦閤/17

1.5.3工藝狀況/18

1.5.4量子級聯探測器/19

1.6量子點探測器/21

1.6.1量子點製備/21

1.6.2量子點中的躍遷/22

1.6.3量子點探測器/23

1.6.4太赫茲QDIP/25
參考文獻/25




太赫茲輻射物理及應用



目錄


第2章太赫茲測輻射熱計 /32

2.1熱輻射探測/32

2.1.1測輻射熱計原理/33

2.1.2電熱模型/34

2.1.3噪聲源/39

2.1.4品質因數/41

2.1.5綜閤討論/43

2.1.6測溫計材料/45

2.2冷卻型太赫茲測輻射熱計/50

2.2.1通論/50

2.2.2冷卻型測輻射熱計實例/52

2.3非冷卻型太赫茲測輻射熱計/57

2.3.1標準熱紅外測輻射熱計在太赫茲傳感中的應用/57

2.3.2修改瞭電阻的吸收金屬層的測輻射熱計/62

2.3.3太赫茲天綫耦閤測輻射熱計/63

2.4結論/70
參考文獻/71
第3章太赫茲等離子體場效應晶體管/74

3.1簡介/74

3.2場效應晶體管的太赫茲發射實驗/75

3.3場效應晶體管的太赫茲探測實驗/80

3.3.1高頻模式/81

3.3.2低頻模式/85

3.3.3非共振探測情況/85

3.3.4矽FET實現太赫茲探測/88

3.3.5室溫成像/89

3.3.6外加磁場的影響/90

3.4雙光柵柵極FET探測/91

3.5總結/93
參考文獻/93

第4章量子級聯激光器
/99

4.1背景/99

4.2量子阱和量子力學隧道效應/100

4.3QCL激光産生條件/103

4.4量子級聯激光器中的增益/103

4.5有源區域設計/105

4.6波導設計和損耗/106

4.7實驗激光器結果範例/110

4.8太赫茲量子級聯激光器的未來需求/113

4.9總結/115
參考文獻/116
第5章基於相對論電子的太赫茲源: 工作原理和ENEA實驗/119

5.1電子和光子相互作用/119

5.2自由電子激光器機理/121

5.2.1自發輻射/122

5.2.2增益/124

5.3緊湊型FEL/127

5.4ENEA Frascati FEL設備/129

5.4.1契倫科夫FEL實驗/130

5.4.2緊湊型波動器FEL實驗/132

5.4.3Smith�睵urcell光柵實驗/138

5.5緊湊型先進太赫茲源/140
參考文獻/143
第6章太赫茲射綫的物理機製與應用/146

6.1光參量放大中的腔內太赫茲産生/147

6.2非綫性介質、模式匹配和調諧/149

6.3係統設計/151

6.4裝置性能和太赫茲特性/153

6.5增益和閾值計算/155

6.6太赫茲輸齣特性/156

6.7太赫茲光束質量/157

6.8綫寬壓縮/159

6.9腔內太赫茲參量放大技術在遠程譜中的應用/163

6.10ICTPO在遠程太赫茲譜中的應用潛力/165

6.11基於OPO源的太赫茲光譜儀/167

6.12結論/168
參考文獻/169
第7章太赫茲波的調控/173

7.1衍射光學/173

7.1.1設計透鏡/174

7.1.2太赫茲衍射光學的實例/176

7.2偏振控製/177

7.2.1基本理論/177

7.2.2巴比涅補償器/178

7.2.3人工電介質/178

7.2.4太赫茲波段的偏振控製實例/179

7.3太赫茲濾波器/181

7.3.1EBG的基本理論/182

7.3.2實現可調諧太赫茲濾波器/185

7.4超材料和錶麵等離子體共振/189

7.5總結/192
參考文獻/193
第8章太赫茲時域光譜的原理和應用/197

8.1引言/197

8.2太赫茲時域光譜的原理/199

8.3短電磁脈衝的産生和探測/200

8.4TDS裝置的特點/202

8.4.1帶寬/202

8.4.2頻率分辨率/203

8.4.3空間分辨率/204

8.4.4TDS裝置的信噪比/204

8.4.5典型的信號和裝置/206

8.5從太赫茲時域光譜測量中提取光學參數的原理/207

8.5.1時閾測量/208

8.5.2透射測量的光譜/209

8.5.3反射測量的光譜/210

8.6太赫茲時域光譜的應用實例/211

8.6.1亞波長（約λ / 100）薄膜分辨/211

8.6.2太赫茲域的超材料/215

8.7太赫茲時域光譜的不確定性和精度/218

8.8與FTIR測量的比較/221

8.9結論/222
參考文獻/223
第9章太赫茲安檢係統和安全性注意事項/227

9.1前言/227

9.2安全威脅和倫理問題/228

9.3物理原理/228

9.4對以往主題的迴顧（2006—2010）/229

9.5接近市場可商用化係統的迴顧/230

9.5.177 GHz相控陣雷達/230

9.5.2反射陣列/230

9.6新進展/230

9.6.1高頻雷達/230

9.6.2量子級聯激光器 /231

9.6.3冷卻的測輻射熱計/231

9.6.4光子的産生/231

9.6.5空氣擊穿相乾探測/231

9.6.6CMOS/232

9.6.7矽鍺/232

9.7太赫茲安全性/232

9.7.1簡介/232

9.7.2主要實驗數據/234

9.7.3太赫茲頻段EMR與生物材料之間的相互影響機製/235

9.7.4曝光標準、支撐數據和實驗局限/236

9.7.5DNA“解鏈”和Fr�塰lich假設/238

9.7.6太赫茲EMR的安全性/240

9.8結論/241
參考文獻/242

精彩書摘

　　《太赫茲輻射物理及應用》：
　　由於這些開創性的工作，這項技術被廣泛用於研究物理、化學、生物、醫藥和科技領域的材料和設備的太赫茲波段的響應。現在幾種TDS係統已經商業化，它們中有些直接來自實驗室的實驗裝置，另一些有高度的集成化並有專業的人機交互界麵。TDS的主要優勢依托於材料（樣品）的單次測量寬頻響應（高到幾個太赫茲）和鎖模激光器良好的穩定性，這會使其有非常好的信噪比。而且，可以通過時域加窗方法消除大部分的噪聲來提高信噪比。基於準光學元件的太赫茲時域光譜係統的多樣性提供瞭很多不同測量方式。實際上，太赫茲時域光譜能同時測量樣品的透射、反射、偏射或散射的太赫茲信號的振幅和相位，並且容許損失部分相乾性。樣品可以是簡單的平闆或更復雜的結構，如太赫茲波導、天綫、濾波片等。通常，太赫茲時域光譜能測量齣樣品的摺射率n和吸收係數α，但樣品的厚度和散射（或衍射）參數也能從中得到。使用同樣的實驗裝置可以實現高分辨率的層析成像，實驗操作可以全部在時域上進行，因為太赫茲脈衝脈寬非常窄。
　　……

前言/序言

前言



《太赫茲輻射物理及應用》涵蓋瞭太赫茲輻射和應用的zui新進展。本書分為三部分:太赫茲探測、太赫茲産生、太赫茲係統和應用。這三部分完整地嚮讀者介紹瞭太赫茲輻射的産生和探測中的物理問題，由器件與元件構成的係統及其在不同領域的應用。如果需要，也可單獨閱讀本書的任一章節來加深對某一特定主題的理解，而無需閱讀全書。

太赫茲探測這部分從三種物理機製齣發來講述探測器的zui新進展，包括：光子探測、熱輻射探測和光整流。首先，從異質結物理入手介紹基於量子阱的光電探測器，這些器件已用作紅外探測器，采用一些技術使其擴展到更低光子能量便能實現太赫茲波的探測。然後，從多個角度來介紹輻射熱測試器，包括器件物理基礎和具體特性，尤其是太赫茲探測所需的特性和連接方式。zui後，從基礎物理齣發介紹基於場效應晶體管的光整流器件，分為共振型和非共振型兩類，對其特性進行瞭深入分析。

太赫茲産生這部分講述瞭基於量子級聯激光器、自由電子激光器和非綫性光學三種方式的太赫茲輻射源，它們在器件尺度和工作原理上存在很大差異。以多量子阱結構為核心的量子級聯激光器，有望發展成一種小型緊湊的太赫茲輻射源。自由電子激光器可以輻射太赫茲波，這需要從相對論電子物理的視角去理解。作為實際例子，介紹瞭Frascati自由電子激光實驗及其在減小裝置尺寸方麵的努力。對基於非綫性光學的太赫茲輻射器，重點介紹瞭緊湊調頻源，包括基本原理和內腔OPO係統。

太赫茲係統和應用這一部分描述瞭從器件到設備的相關細節和要點，著重講述在圖像、頻譜、安檢等應用中如何控製太赫茲輻射。講述瞭超材料的電磁特性及其對太赫茲輻射的控製。介紹瞭太赫茲頻譜測量設備以及太赫茲譜在材料特性和質量改進方麵的應用。安檢是太赫茲技術zui有前景的應用領域，從需求齣發詳細描述瞭技術方案，並與毫米波段做瞭比較。zui後介紹瞭太赫茲波與活體生物組織相互作用的zui新研究結果，並討論瞭一些安全方麵仍存爭議的話題。
譯者序


太赫茲波指的是頻率為0.1~10 THz的電磁波（1 THz=1012 Hz）。THz是英文Terahertz的簡寫，其中T代錶Tera，Hz代錶Hertz（赫茲）。Tera這個詞頭錶示1012，中文譯成太。所以，Terahertz就翻譯成太赫茲。這樣的例子很多，比如Terametre，簡寫成Tm，稱太米，代錶1012米，不過很少有人用。

對電磁波來說，不同譜段的命名與曆史、習慣和行業緊密相關，缺乏嚴格的準則。光波是能被人類視覺感知的一段電磁波。以此為參照，將長波一端的叫紅外，將短波一端的叫紫外。一個“外”字代錶看不見，之後這些概念就逐漸延伸。紅外嚮長波延伸，就齣現瞭近紅外、中紅外、遠紅外、超遠紅外等；紫外嚮短波延伸，就齣現瞭近紫外、中紫外、遠紫外、極遠紫外等。與此不同，X射綫的命名並非源於與可見光的對比，而是因為發現它時不知道是什麼，以X為代號，之後就以此命名瞭。無綫電波是人們對電磁波有瞭深刻理解之後命名的，早期按波長的長短來加以區分，分為長波、中波、短波。這種方式後來就更準確瞭，所以有瞭米波、分米波、厘米波、毫米波的叫法。像太赫茲波這樣，用頻率來命名電磁波的，還是孤例。1 THz對應的波長是3絲米（1絲米=100微米），因此有人建議應該將太赫茲波稱為絲米波。這似乎更加規範，因為這更符閤在波的前麵加一個波長對應的長度單位來錶示一段電磁波的習慣。這本書的英文名稱是《Physics and Applications of Terahertz Radiation》，書中也用到Terahertz wave。齣於習慣，我們在譯文中采用的是太赫茲輻射、太赫茲波這樣的術語。不過，也有人將太赫茲波稱為太赫茲射綫（T�睷ays），如這本書的第6章。可是，太赫茲波還是稱波為好。這是因為，相比紅外波、可見光、紫外綫和X射綫，太赫茲波擁有更加顯著的波動性。但是，為瞭忠實於原著，第6章的譯文還是采用瞭太赫茲射綫的說法。

好的，這裏是一份為您量身定製的圖書簡介，主題為《太赫茲輻射物理及應用》之外的領域，聚焦於經典物理學的一個重要分支——電動力學及其在現代工程中的前沿應用。 --- 《波動的世界：現代電磁場理論與先進微波技術》 圖書簡介 本書深入剖析瞭電磁場理論的精髓及其在現代工程領域，特彆是微波和射頻技術中的前沿應用。在物理學殿堂中，麥剋斯韋方程組是描述電磁現象的基石，而本書旨在將這些抽象的數學描述轉化為工程師手中強大的設計工具。我們專注於電磁波在復雜介質中的傳播、散射、以及與物質的相互作用，並以此為基礎，構建瞭一套完整的現代微波係統設計框架。 第一部分：經典電磁學的深度重構與拓展 本書伊始，我們並未滿足於對麥剋斯韋方程組的簡單復述，而是從更深刻的理論基礎齣發，探討瞭電磁場的相對論性本質。通過洛倫茲變換下的場方程協變性分析，讀者將理解為何在不同參考係中觀察到的電場和磁場會相互轉化，這對於高速移動電磁係統（如軌道交通中的電磁耦閤）的設計至關重要。 隨後，我們將焦點投嚮非均勻介質中的波傳播。傳統教材通常處理均勻介質，但現實世界的工程問題充滿瞭復雜結構，如人造電磁材料（超材料的前身）或高度異質的自然環境。我們詳細闡述瞭格林函數方法在求解這些復雜邊界條件下的電磁散射和輻射問題中的應用。這部分內容側重於數值求解的理論基礎，為後續的計算電磁學打下堅實基礎。 第二部分：先進天綫設計與電磁兼容性 在現代通信和雷達係統中，天綫是信息獲取與傳輸的關鍵樞紐。本書將電磁理論與天綫工程緊密結閤，超越瞭傳統的偶極子和環形天綫分析。 我們重點討論瞭超寬帶（UWB）天綫的設計原理。UWB技術依賴於極短脈衝的産生和接收，對天綫的時間響應特性提齣瞭嚴苛要求。本書分析瞭瞬態電磁場對天綫瞬態響應的影響，並提齣瞭基於時域有限差分法（FDTD）的脈衝輻射特性優化策略。 此外，電磁兼容性（EMC）是所有電子係統可靠性的生命綫。本書提供瞭一套係統的電磁乾擾（EMI）分析流程。這包括：從電路闆（PCB）的平麵設計中識彆潛在的輻射源（如開關電源的噪聲耦閤），到電磁屏蔽材料的選擇與有效性評估。我們深入探討瞭模態分析在串擾（Crosstalk）預防中的應用，特彆是高速數字信號在多層闆上傳輸時的串擾耦閤係數的精確計算。 第三部分：微波電路的非綫性與熱效應 隨著功率放大器（PA）和混頻器嚮更高頻率和更高集成度發展，電磁效應與電路性能之間的耦閤日益顯著。本書將電磁理論應用於射頻/微波電路設計。 我們詳細分析瞭傳輸綫理論在微波集成電路（MIC）中的應用，包括集總元件在超越其適用頻率時的寄生效應分析。對於高功率器件，電磁熱耦閤是一個不容忽視的問題。本書引入瞭熱-電磁場耦閤模型，用以預測半導體器件在連續高功率工作模式下的溫度分布，這直接關係到器件的壽命和可靠性。我們探討瞭如何通過優化電磁結構（如散熱腔體的設計）來有效管理熱點區域。 第四部分：計算電磁學的工具與方法論 掌握先進的計算方法是解決復雜工程問題的關鍵。本書對當前主流的計算電磁學（CEM）算法進行瞭詳盡的比較與論述。 除瞭前述的FDTD方法外，我們還深入講解瞭矩量法（MoM）在平麵結構和散射體分析中的優勢與局限性，以及有限元法（FEM）在處理復雜幾何形狀和非均勻介質時，特彆是進行模式分析時的強大能力。本書不僅介紹瞭這些方法的數學原理，更側重於其實際應用中的網格劃分策略、收斂性判據以及如何避免數值僞影（如“刺穿”效應或“孔徑”效應）的工程實踐經驗。 總結 《波動的世界：現代電磁場理論與先進微波技術》是一本麵嚮高年級本科生、研究生以及從事射頻、微波、雷達、通信係統、電磁兼容性設計的高級工程師的專業參考書。它要求讀者具備紮實的微積分和基礎電磁學知識，並通過嚴謹的理論推導和豐富的工程實例，帶領讀者穿越麥剋斯韋方程組的抽象藩籬，直抵現代電磁工程應用的最前沿。全書旨在培養讀者對電磁現象的直覺洞察力和解決復雜係統級問題的能力。

評分☆☆☆☆☆

從這本書的標題來看，《太赫茲輻射物理及應用》，我原本以為它會是一本側重於純粹理論推導和公式講解的著作。然而，在閱讀過程中，我發現它在實際應用案例的闡述上也非常到位。這讓我開始思考，科學研究的最終目的究竟是什麼？是純粹對自然規律的好奇心驅動，還是為瞭解決人類社會麵臨的實際問題？太赫茲技術的發展，似乎完美地融閤瞭這兩者。它不僅揭示瞭太赫茲波獨特的物理性質，更將其轉化為解決現實睏境的工具。這本書讓我感受到瞭科學的生命力，它不是束之高閣的象牙塔理論，而是能夠切實改變我們生活、工作方式的強大力量。

評分☆☆☆☆☆

《太赫茲輻射物理及應用》這本書，讓我對“應用”二字有瞭更深的理解。我一直以為，某個領域的“應用”隻是將理論知識簡單地套用到實際場景中。但這本書通過詳實的案例，展現瞭從基礎物理原理到最終産品落地的復雜過程，需要跨學科的知識融閤和大量的工程實踐。比如，在通信領域的應用，不僅僅是關於波的傳播特性，還需要考慮器件的製造、信號的處理、甚至網絡的構建。這讓我意識到，一項前沿技術的成熟，背後凝聚著多少科研人員的心血和智慧。它不僅僅是一本關於太赫茲的書，更是關於科學如何一步步走嚮現實的生動教材。

評分☆☆☆☆☆

在翻閱《太赫茲輻射物理及應用》的過程中，我時常會跳齣書本的框架，去構思一些與書中內容相關的、但又略有不同方嚮的設想。例如，書中提到的太赫茲成像技術，讓我聯想到其在生物傳感領域的可能性。如果太赫茲波能夠探測到不同生物分子在特定頻率下的吸收特性，那麼它是否有可能用於早期疾病的篩查，甚至用於檢測生物武器？這種將單一技術延展到更廣泛應用場景的聯想，是我從閱讀中獲得的重要啓發。這本書不僅僅是知識的傳遞，更是激發思考、拓展想象力的催化劑。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名是《太赫茲輻射物理及應用》，我作為一名讀者，讀完之後，腦海中留下瞭深刻的印象，但我的思考並沒有完全局限於書中所描繪的物理理論和技術細節。這本書的齣現，仿佛為我打開瞭一扇通往未知領域的大門，讓我開始聯想到更廣闊的科學探索前景。例如，書中關於太赫茲波在成像技術上的應用，讓我不禁想象，未來這種技術是否能超越我們現有的X射綫成像，在醫療診斷、安檢甚至考古研究中扮演更重要的角色。如果太赫茲波能夠穿透非金屬材料，那是不是意味著我們可以更方便地檢測隱藏在衣物下的違禁品，或者無損地分析古代文物內部結構？這種設想讓我對科學的進步充滿瞭期待。

評分☆☆☆☆☆

我讀《太赫茲輻射物理及應用》這本書，最大的感受是它提供瞭一種全新的視角來審視我們周圍的世界。太赫茲波作為一種介於微波和紅外光之間的電磁波，其獨特的性質使其在許多傳統領域難以企及的地方擁有巨大的潛力。這本書就像一位嚮導，帶領我探索這個“沉默的角落”。我開始思考，我們日常生活中是否還有許多尚未被發現或充分利用的“未知領域”，它們可能隱藏著解決現有技術難題的關鍵。這種對未知的好奇心，以及對科學探索永無止境的敬畏之情，正是這本書所激發的。

評分☆☆☆☆☆

質量很好，正需要

評分☆☆☆☆☆

書的質量很高，還需要慢慢閱讀

評分☆☆☆☆☆

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評分☆☆☆☆☆

買來作為學習資料，有空翻翻。

評分☆☆☆☆☆

想補充這方麵的知識，先看看再說，

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