1、半導(dǎo)體光電導(dǎo)開關(guān)是利用超快激光器與光電導(dǎo)體(例如：Si、InP、GaAs)相結(jié)合形成的一類新型器件。20世紀90年代初，隨著超快激光脈沖技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)光電導(dǎo)開關(guān)在受激光脈沖照射后，除體內(nèi)能產(chǎn)生可被利用的電脈沖之外，還可向外輻射超寬帶電磁波甚至太赫茲頻率的電磁波，為人們研究太赫茲電磁波提供了有力的工具。物質(zhì)的THz光譜(包括發(fā)射、反射和透射)包含有豐富的物理和化學(xué)信息，它在物體成像、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療診斷、射電天文、尤其是在衛(wèi)星通訊和軍

2、用雷達、國防安檢等方面具有重大的科學(xué)價值和廣闊的應(yīng)用前景，因此，太赫茲技術(shù)已成為當今科學(xué)研究的熱門課題，世界各國都爭相發(fā)展自己的太赫茲技術(shù)。 本論文對GaAs光電導(dǎo)開關(guān)為偶極輻射天線產(chǎn)生高功率太赫茲電磁波的技術(shù)進行了研究，主要完成了以下幾方面的工作： 進行了光電導(dǎo)開關(guān)輻射太赫茲波的實驗：以半絕緣GaAs光電導(dǎo)開關(guān)作為偶極輻射天線，實驗比較了3mm、6mm兩種電極間隙的裸片天線和表面鈍化Si<,3>N<,4>天線(以下簡稱

3、鈍化天線)輻射的太赫茲波。實驗結(jié)果表明了表面鈍化絕緣保護層的光電導(dǎo)天線輻射的太赫茲波電場強度明顯高于同間隙裸片天線。 解釋了光電導(dǎo)天線輻射太赫茲波的時域特性的物理本質(zhì)：采用蒙特卡羅方法，模擬了GaAs光電導(dǎo)開關(guān)作為輻射天線在飛秒激光脈沖觸發(fā)下光生載流子在外加偏置電場作用下的動力學(xué)行為，獲得了與實驗吻合較好的展寬性模擬結(jié)果，通過載流子的動力學(xué)行為分析了太赫茲波展寬的物理機制。分別利用數(shù)值方法和蒙特卡羅方法，模擬了低溫GaAs和半絕

4、緣GaAs光電導(dǎo)天線輻射太赫茲波的雙極特性。較好地解釋了低溫GaAs和半絕緣GaAs光電導(dǎo)天線輻射太赫茲波雙極特性的不同物理機制。模擬了不同實驗條件下GaAs光電導(dǎo)天線輻射太赫茲波體內(nèi)電場的分布以及空間電荷屏蔽效應(yīng)對輻射太赫茲波的影響。根據(jù)時域空間電場分布分析了高能量激光脈沖觸發(fā)低壓偏置的GaAs開關(guān)，太赫茲波輻射功率受限的主要原因，和高能量飛秒激光脈沖以不同方式觸發(fā)(全電極間隙、部分電極間隙)天線對太赫茲波的影響。 提出了一種

5、適合計算光電導(dǎo)天線輻射太赫茲波功率的公式：基于拉曼公式，提出了適合計算光電導(dǎo)天線輻射太赫茲波功率的公式，并以此公式計算了不同實驗條件下光電導(dǎo)天線輻射的太赫茲波功率；比較了大孔徑天線和小孔徑天線在相同的實驗條件下輻射的太赫茲波功率，解釋了兩種電極間隙的天線產(chǎn)生不同功率太赫茲波的物理機制。 提出了解釋光電導(dǎo)開關(guān)非線性模式的新觀點：基于Auston光電導(dǎo)開關(guān)等效電路模型，模擬了光電導(dǎo)開關(guān)在飛秒激光脈沖觸發(fā)下輻射太赫茲波過程中，光電導(dǎo)開

6、關(guān)的傳輸特性、電介質(zhì)弛豫特性、開關(guān)儲能特性以及開關(guān)工作模式。模擬結(jié)果比較好地吻合了實驗中GaAs光電導(dǎo)開關(guān)工作模式特點，即只有在觸發(fā)光能和偏置電場都大于光電導(dǎo)開關(guān)產(chǎn)生非線性電脈沖所需閾值時，電脈沖呈現(xiàn)非線性，除此之外電脈沖都為線性。從載流子的散射機制和空間電荷高場區(qū)的形成過程，解釋了光電導(dǎo)開關(guān)非線性工作模式存在電場閾值和光能閾值的物理本質(zhì)：存在電場閾值的實質(zhì)是，偏置電場要高于耿氏電場才能使載流子能夠從電場中獲得足夠的能量發(fā)生低能谷向高能