作为目前最重要的中远红外光源, 量子级联激光器 (QCL)因独特的性能和频率可拓展至太赫兹 (THz)的特点, 成为研究的热点。对于 QCL, 影响其输出功率和工作温度的因素较多, 其中高效散热是重要的因素。首先对中红外和太赫兹两种 QCL的热管理研究进行了归纳和总结; 讨论和分析了两者之间的相似和不同点, 主要讨论两种激光器固体侧散热的方法, 包括有源区设计、改进工艺、优化器件材料体系等方面; 最后, 对 QCL热管理的未来研究趋势进行了分析和预测。该结果对于QCL的性能提升, 特别是输出功率和工作温度的提高, 具有一定的参考意义。

晶体硅太阳电池具有成本低廉、工艺简单等优点, 但在生产过程中难免会出现断栅、破裂等问题, 因此对太阳电池片的检测至关重要。太赫兹波作为一种具有光子学及电子学特征的电磁波在无损检测方面具有独特的优势。通过采用太赫兹量子级联激光器数字全息成像系统, 对模拟设计的太阳电池金属栅线、破裂硅片以及不同电阻率的衬底进行测试。结果表明, 太赫兹全息成像技术在太阳电池检测领域具有较高的应用价值。

太赫兹量子级联激光器(THz QCL)是一种紧凑、相干的固体连续辐射源,具有重要的潜在应用价值,是当前国际上研究的热点之一。目前,THz QCL面临进一步提高输出功率的问题,而阵列耦合是突破这一瓶颈的有效途径,因此,相关研究就显得尤为重要。概述了THz QCL的现有阵列耦合结构,并总结和讨论了THz QCL阵列研究现状及其未来可能的发展方向。

为研究太赫兹量子级联激光器 (THz QCLs)中的热传输及有效散热方法, 建立了二维 /三维有限元热分析模型, 模拟计算了 GaAs/AlGaAs THz QCLs低温工作时的温度及热流分布; 并讨论了源区结构参数、热沉材料及散热膜层对器件热传输的影响规律。研究结果表明, 器件源区温度水平方向分布较均匀, 垂直方向温差大, 源区热量主要依靠热沉导出; 减小源区厚度、增加腔长与减小脊宽均有利于促进热传导并降低源区温度; 在器件顶部增加 AlN薄膜具有显著的辅助散热效果, 当薄膜厚度大于 8 μm时, 源区温降趋于缓慢。

角度权重估计是多角度动态光散射测量技术的重要环节, 其方法可依赖于光强均值或光强自相关函数基线。角度误差对颗粒粒度分布测量准确性的影响在很大程度上取决于角度权重系数的估计。通过对模拟和实测动态光散射数据的反演, 研究了角度误差对基线值法和光强均值法进行权重估计对粒度分布反演的影响。结果表明: 采用两种方法进行角度加权, 无角度误差时反演结果无显著差异。存在角度误差时, 误差对光强均值法反演结果的影响大于基线值法, 并且对大颗粒的影响显著大于对小颗粒的影响。导致这一结果的原因在于, 当散射角存在误差时, 基于Mie理论的光强均值法得到的权重系数为理论值, 与实测的光强自相关数据所对应的权重系数存在偏差。而且随着颗粒粒径的增大, Mie散射光强随散射角变化呈现出更为剧烈的波动, 致使这种偏差加大。因此, 采用基于Mie散射理论的光强均值法进行角度加权, 对多角度光散射测量装置应提出较高的精度要求。

应用脉冲激光沉积(PLD)技术，固定脉冲激光能量密度为5 J/cm2，调节薄膜生长基底温度为300~700 ℃，制备了系列MgxNi1-xO合金薄膜。通过透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微术(AFM)等表征分析手段，详细分析了薄膜的成分及组织，研究了退火处理对样品的影响。通过UV-Vis分光光度计研究了透射光谱，结合理论计算了光学带隙宽度。结果表明：薄膜由非晶及多晶构成，紫外吸收边约为290 nm,接近日盲波段的上限；衬底温度为500 ℃、激光脉冲能量密度为5 J/cm2时生长的薄膜在短波部分吸收强烈，而长波部分几乎不吸收，有利于紫外探测；退火处理改善了样品表面质量，但不能有效拓宽光学带隙。

在分析角度误差对测量结果作用机制的基础上, 采用不同的角度误差, 通过对六组单峰(82 nm、104 nm、350 nm、431 nm、816 nm和865 nm)和三组双峰(137/601 nm、242/750 nm和470/895 nm)颗粒体系的模拟数据及306 nm/974 nm双峰颗粒体系实测动态光散射数据的反演, 研究了权重估计和基线计算两种途径中角度误差对反演结果的作用. 结果表明, 角度误差对颗粒粒度分布反演结果的影响是由基线计算和权重系数估计的双重作用途径产生的; 权重因素对峰值和性能误差的影响明显大于基线因素, 仅在小颗粒窄峰测量时, 基线因素对峰值误差的影响略超权重因素, 但权重因素对性能误差的影响仍然大于基线因素.

针对多角度动态光散射中角度组合对颗粒粒度分布测量的影响, 对5组模拟的双峰分布颗粒体系(114/457 nm, 202/800 nm, 307/541 nm, 433/721 nm 和600/900 nm)分别选取3、4、5和6个散射角, 采用不同角度组合进行测量.粒度反演结果表明, 在选取同样数量散射角条件下, 不同的角度组合会得到不同的测量结果.当选取的各散射角对应的Mie散射光强差异显著, 特别是对应光强值包含了Mie散射光强曲线的极大值和极小值点时, 测量结果更准确.采用标准聚苯乙烯乳胶颗粒进行的测量实验, 实验结果与反演结果一致.这种角度组合影响的原因在于, 随着散射角的增多, 得到的颗粒粒度信息也相应增加, 但只有增加的散射角所对应的散射光强显著不同时, 才会较多地增加颗粒粒度信息, 从而改善测量效果；否则, 增加的信息会被增加的角度校准噪声所抵消.

太赫兹宽谱源是指能够产生较宽频谱覆盖范围的太赫兹辐射源，近年来其相关研究受到越来越多的关注。太赫兹宽谱具有能量低，穿透性强和频谱覆盖范围宽等优点，在生物和医学成像、安全检查、化学成分分析等领域具有很大的潜在应用价值，因此研究太赫兹宽谱源对于推动上述领域的进步具有重要的科学意义。本文基于光学辐射源、电子学辐射源、热辐射源这3种太赫兹宽谱源，从产生机理、研究进展以及未来发展趋势对这3种方法进行分析和总结，对比了各自的优、缺点和应用范围。