آشکارسازی امواج تراهرتز با استفاده از لیزرهای مخابراتی
چکیده
آشکارسازهای امواج تراهرتز دارای نقش کلیدی در طیف وسیعی از زمینه های کاربردی هستند. بنابراین اهمیت توسعه فناوری های الکترواپتیکی جهت آشکارسازی گسیل های تراهرتز، غیر قابل چشم-پوشی می باشد. در سال های اخیر، تولید و آشکارسازی پالس های تراهرتز به دلیل کاربرد گسترده آن ها در طیف سنجی و مطالعه پدیده های فوق سریع، مورد توجه دانشمندان بسیاری قرار گرفته است. جهت آشکارسازی دامنه زمانی پالس های تراهرتز اغلب از آشکارسازهای الکترواپتیک استفاده می شود. آشکارسازی الکترواپتیک پالس های تراهرتز، مبتنی بر اندازه گیری مدولاسیون فاز القاء شده در پالس نوری در حال انتشار در کریستال الکترواپتیک می باشد. این مدولاسیون فاز به دلیل ایجاد اثر غیرخطی مرتبه دوم توسط پالس تراهرتز در کریستال، اتفاق می افتد. در این پایان نامه به بررسی و شبیه سازی آشکارساز الکترواپتیک پالس های تراهرتز با استفاده از لیزرهای فمتوثانیه، پرداخته شده است. بدین منظور، نمونه برداری الکترواپتیک پالس های تراهرتز، با استفاده از تکنیک الیپسومتری، در حوزه فرکانسی به طور کامل تشریح گردیده است. نتایج محاسبات نشان می دهد که طیف پالس تراهرتز ورودی به کریستال الکترواپتیک به طور قابل توجهی تحت تأثیر یک تابع فیلتر قرار می گیرد. در گام بعدی، با شناسایی و مدل سازی خصوصیات الکترواپتیک در چهار کریستال znte، gap، gaas و inp، به شبیه سازی انتشار پالس تراهرتز در داخل ماده الکترواپتیک پرداخته ایم. علاوه بر آن، با شبیه-سازی سیگنال الکترواپتیک اندازه گیری شده، اثر عدم تطبیق فاز و اثر تغییر عرض پالس تراهرتز ورودی بر روی کیفیت بازسازی شکل موج پالس تراهرتز و همچنین اثر تغییر ضخامت کریستال بر روی دامنه پالس آشکارشده را مورد بررسی قرار داده ایم. بررسی پاسخ زمانی نشان می دهد که تطبیق فاز ایده ال برای کریستال های فوق الذکر به ترتیب در طول موج های nm 800، nm 1060، nm 1550 و nm 1550 صورت می گیرد. علاوه بر این، سیگنال الکترواپتیک آشکارشده با استفاده از کریستال znte، دارای دامنه بالاتری نسبت به سیگنال آشکارشده توسط سایر کریستال های مورد بحث می-باشد. کریستال gap نیز جهت اندازه گیری پالس های تراهرتز کوتاه تر، نتایج بهتری را نشان می دهد. بررسی پاسخ طیفی تابع فیلتر برای این چهار کریستال در طول موج های متفاوت پالس لیزر (nm 800، nm1060 و nm 1550)، نشان می دهد که جهت آشکارسازی بهینه فرکانس های مطلوب و دسترسی به حساسیت قابل قبول سیگنال الکترواپتیک اندازه گیری شده، نه تنها انتخاب مناسب کریستال و ضخامت آن ضروری می باشد بلکه انتخاب طول موج مناسب پالس لیزر ورودی نیز از اهمیت ویژه ای برخوردار است.