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第1章 THz波产生、探测与应用概述1

1.1 引言1

1.2 THz波的产生1

1.3 THz波的探测3

1.4 THz波的应用5

1.5 小结7

参考文献8

第2章 THz场与低维半导体的相互作用及高场电子输运12

2.1 THz场与异质结的相互作用12

2.1.1 引言12

2.1.2 THz场作用下异质结的电子输运12

2.1.3 THz场作用下异质结的多光子辅助吸收20

2.1.4 THz场感生的异质结带间碰撞离化23

2.1.5 小结27

2.2 THz场作用下量子阱的光吸收27

2.2.1 引言27

2.2.2 光场作用下量子阱中电子的哈密顿量28

2.2.3 量子阱子带间泵浦-探测光吸收30

2.2.4 量子阱子带跃迁的相干控制34

2.2.5 THz场作用下量子阱子带占据数和吸收41

2.2.6 THz场作用下量子阱带间光吸收43

2.2.7 小结52

2.3 THz场作用下超晶格的光吸收52

2.3.1 引言52

2.3.2 准玻色表象及激子运动方程52

2.3.3 THz场作用下超晶格的光吸收与极化55

2.3.4 小结57

2.4 半导体高场电子输运58

2.4.1 引言58

2.4.2 多能谷半导体高场电子输运58

2.4.3 非抛物半导体高场电子输运61

2.4.4 多能谷非抛物带半导体的碰撞离化过程64

2.4.5 小结73

参考文献73

第3章 电子学THz振荡器与器件模拟84

3.1 p型量子阱THz负有效质量振荡器84

3.1.1 引言84

3.1.2 负有效质量半导体稳态输运84

3.1.3 THz电流振荡模式与频率91

3.1.4 小结94

3.2 基于带内反射点负微分电导的THz振荡器94

3.2.1 引言94

3.2.2 基于带内反射点的THz振荡器设计95

3.2.3 带内反射点THz振荡器模拟96

3.2.4 小结98

3.3 隧穿注入渡越时间THz振荡器99

3.3.1 引言99

3.3.2 量子传输边界方法99

3.3.3 器件的直流及小信号输运特性103

3.3.4 小结105

3.4 双势垒共振隧穿结构THz振荡器105

3.4.1 引言105

3.4.2 维格纳-泊松耦合模型106

3.4.3 共振隧穿结构的I-V特性107

3.4.4 共振隧穿结构的THz电流振荡110

3.4.5 共振隧穿结构快速开关特性112

3.4.6 小结117

3.5 半导体器件的流体动力学模拟117

3.5.1 引言117

3.5.2 抛物性流体动力学平衡方程器件模拟117

3.5.3 非抛物能带半导体器件模拟119

3.5.4 多能谷非抛物能带半导体器件模拟124

3.5.5 小结127

参考文献127

第4章 THz半导体负有效质量振荡器非线性动力学135

4.1 引言135

4.2 THz负有效质量振荡器混沌动力学135

4.2.1 直流偏置下的THz振荡135

4.2.2 周期态和混沌态之间的转变143

4.3 THz负有效质量振荡器的场畴模式148

4.4 THz场作用下电流的庞加莱分支图151

4.5 THz场作用下电流的功率谱分支图155

4.6 小结158

参考文献158

第5章 THz场作用下微带超晶格非线性动力学161

5.1 微带超晶格振荡器中时空电场畴和负微分电导161

5.1.1 引言161

5.1.2 微带超晶格中的电场畴和负微分电导161

5.1.3 微带宽度和掺杂浓度的影响166

5.1.4 小结168

5.2 THz场作用下微带超晶格中电流的时空同步和混沌169

5.2.1 引言169

5.2.2 电场畴与自维持电流振荡170

5.2.3 同步振荡与电流抑制171

5.2.4 THz场作用下微带超晶格的混沌动力学173

5.2.5 小结177

5.3 THz场与磁场作用下微带超晶格混沌动力学177

5.3.1 引言177

5.3.2 超晶格微带电子输运178

5.3.3 超晶格微带中电子平均速度的演化180

5.3.4 微带超晶格的混沌动力学特性182

5.3.5 小结187

5.4 THz场作用下量子点超晶格中的混沌动力学187

5.4.1 引言187

5.4.2 量子点超晶格电子输运188

5.4.3 速度-电场关系与弛豫频率189

5.4.4 THz场作用下量子点超晶格的混沌动力学192

5.4.5 混沌区域与控制参数的依赖关系197

5.4.6 小结199

参考文献199

第6章 石墨烯THz光电特性203

6.1 引言203

6.2 石墨烯多量子阱中的共振隧穿203

6.2.1 石墨烯系统的传输矩阵方法203

6.2.2 石墨烯多量子阱电子输运特性206

6.3 石墨烯pn结在THz频段的三阶非线性光电导212

6.3.1 石墨烯pn结带内和带间光电导理论模型212

6.3.2 三阶非线性THz光电导215

6.4 石墨烯在THz频段的五阶非线性光电导217

6.4.1 石墨烯带间光电导理论模型217

6.4.2 五阶非线性THz光电导218

6.5 双层石墨烯纳米带的强THz光电导220

6.6 小结223

参考文献223

第7章 THz半导体量子级联激光器227

7.1 引言227

7.2 THz QCL研究进展227

7.3 THz QCL原理与设计231

7.3.1 THz QCL基本原理231

7.3.2 THz QCL有源区设计232

7.3.3 THz QCL波导设计238

7.3.4 THz QCL功率增强设计238

7.4 THz QCL模拟方法240

7.4.1 量子动力学方法240

7.4.2 蒙特卡罗方法242

7.4.3 率方程方法247

7.5 四阱共振声子THz QCL248

7.5.1 热声子效应248

7.5.2 粒子数反转与增益251

7.5.3 I-V特性255

7.5.4 温度特性260

7.6 三阱共振声子THz QCL266

7.6.1 多体效应266

7.6.2 参数优化273

7.6.3 声子阱的影响283

7.7 一阱注入区共振声子THz QCL287

7.7.1 电场依赖关系289

7.7.2 温度依赖关系293

7.8 THz QCL制备与测量295

7.8.1 THz QCL材料生长与表征295

7.8.2 双面金属波导THz QCL300

7.8.3 半绝缘等离子波导THz QCL302

7.8.4 光谱测量305

7.8.5 功率测量310

7.8.6 光束表征313

7.9 小结316

参考文献316

第8章 THz半导体量子阱探测器328

8.1 引言328

8.2 THz QWP探测原理328

8.3 THz QWP器件模拟330

8.3.1 模拟方法概述330

8.3.2 有源区能带计算331

8.4 THz QWP暗电流335

8.4.1 暗电流模型335

8.4.2 理论与实验的暗电流比较339

8.5 THz QWP光电流谱340

8.5.1 光电流产生机制340

8.5.2 光吸收系数341

8.5.3 理论与实验的光电流谱比较343

8.6 THz QWP多体效应344

8.6.1 包括多体效应的能带结构344

8.6.2 考虑多体效应的光电流谱346

8.7 THz QWP光栅耦合348

8.7.1 光栅耦合的基本考虑348

8.7.2 光栅衍射理论349

8.7.3 金属光栅设计与优化351

8.8 THz QWP制备与测量354

8.8.1 THz QWP制备354

8.8.2 THz QWP测量358

8.8.3 THz QWP对THz QCL发射谱的表征361

8.9 磁场调谐的THz QWP365

8.9.1 稀磁半导体的色散与吸收模型365

8.9.2 磁场下吸收峰可调的THz QWP367

8.10 基于磁阻振荡的新型THz量子阱探测器369

8.10.1 THz场辐照下量子阱的磁阻振荡369

8.10.2 新型THz量子阱探测器设计371

8.11 小结376

参考文献377

第9章 THz波的传输387

9.1 引言387

9.2 THz波在大气中的传输387

9.3 THz波在不同介质中的传输389

9.4 THz波在金属丝波导中的传输393

9.5 小结400

参考文献401

第10章 THz通信403

10.1 引言403

10.2 THz局域通信中的光子晶体反射器403

10.2.1 光子晶体的THz波反射率404

10.2.2 THz波反射器406

10.3 THz波的调制410

10.3.1 THz QCL的直接调制410

10.3.2 光子晶体对THz波的调制411

10.4 基于THz QCL和THz QWP的无线通信演示417

10.4.1 系统构成417

10.4.2 器件制冷417

10.4.3 文本传输419

10.4.4 图片传输420

10.4.5 音频传输421

10.5 小结424

参考文献424

第11章 THz成像429

11.1 引言429

11.2 THz成像分类与特点430

11.3 基于THz QCL和THz QWP的探测与成像技术431

11.3.1 THz QCL的锁频技术431

11.3.2 THz QCL作为本振源的混频技术431

11.3.3 THz QWP阵列探测技术432

11.4 基于THz QCL和THz QWP的成像实例432

11.4.1 基于THz QCL的成像研究进展概述432

11.4.2 基于THz QCL的主动扫描成像433

11.4.3 基于THz QWP的被动成像435

11.4.4 基于THz QWP的透射扫描成像436

11.4.5 基于THz QCL和THz QWP的计算机断层成像437

11.5 小结439

参考文献439