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基于VC++與OpenGL的THz-TDS系統(tǒng)測試過程仿真
東北石油大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院 王學(xué)良 2014/4/4 7:37:36
摘要：本論文首先概述了太赫茲波的特性及其相關(guān)技術(shù)的研究現(xiàn)狀，重點介紹了反射式THz-TDS系統(tǒng)的工作原理，在理論研究的基礎(chǔ)上，嘗試通過建立透射式THz-TDS系統(tǒng)分立元器件的仿真模型，然后充分結(jié)合OpenGL強大的三維圖形功能和Visual C++6.0完善的界面功能以及面向?qū)ο缶幊棠芰Γ\用面對對象的編程思想建立系統(tǒng)模塊特性描述，最終實現(xiàn)對系統(tǒng)的動態(tài)仿真軟件的開發(fā)。
關(guān)鍵詞：THz-TDS系統(tǒng)，光路仿真，系統(tǒng)測試，VC++
Process Testing and Simulating of THz-TDS System Basedon VC++ and OpenGL
Abstract： The paper outlines the terahertz wave characteristics and related technologies and the status quo, the focus the reflected THz-TDS system works, on the basis of theoretical studies, it makes a try to establish a reflection THz-TDS system mathematical model of discrete components, and then fully integrate OpenGL powerful 3D graphics capabilities and Visual C + + 6.0 sound interface features, as well as object-oriented programming capabilities, using the face of the object programming ideological establish the characteristics describe of system module, and ultimately develop the dynamic simulation software. The simulation software system using visual design, realized dynamic process visualization and data processing visualization.
Key Words：THz-TDS, Optical path simulation, System testing，VC++
1 引言
太赫茲輻射(Terahertz)又稱為THz波、T射線，通常指的是頻率在0.1THz-10THz(波長在30-3000 )之間的電磁波，其波段在微波和紅外光之間，屬于遠紅外波段[1]。太赫茲技術(shù)是一種介于電子和光學(xué)的新技術(shù)。在20世紀80年代中期以前，由于長期缺乏有效的檢測THz輻射波的方法，人們對該波段電磁輻射性質(zhì)的認識非常有限，THz波段曾一度被稱作“THz空隙”(Terahertz Gap)[2]。近十幾年來，超快激光技術(shù)的迅速發(fā)展為THz脈沖的產(chǎn)生提供了穩(wěn)定、可靠的激發(fā)光源，極大地促進了THz技術(shù)的發(fā)展，并成為一個迅速發(fā)展的前沿領(lǐng)域[3]。
由于THz-TDS實驗系統(tǒng)的復(fù)雜性、高精度性，給實驗系統(tǒng)的調(diào)試工作帶來了巨大的挑戰(zhàn)。本文通過對太赫茲時域光譜系統(tǒng)的各部分模塊的工作原理進行研究，通過建立系統(tǒng)的仿真模型，實現(xiàn)系統(tǒng)工作原理的動態(tài)過程仿真，能夠幫助那些利用THz-TDS系統(tǒng)進行實驗的科研人員解決系統(tǒng)調(diào)試過程中遇到的問題，實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)試的故障診斷功能，同時提供一個實現(xiàn)動態(tài)仿真的軟件平臺，對于THz-TDS系統(tǒng)在實驗過程中的應(yīng)用有著重要意義。
2 THz-TDS系統(tǒng)概述
典型的太赫茲時域光譜系統(tǒng)主要由飛秒激光器、太赫茲輻射產(chǎn)生裝置、太赫茲輻射探測裝置和時間延遲控制系統(tǒng)組成。本文主要介紹透射式太赫茲時域光譜系統(tǒng)。圖1為透射式太赫茲時域光譜系統(tǒng)實驗裝置圖[4]，該裝置圖既可以用光電導(dǎo)天線產(chǎn)生太赫茲輻射，也可以用ZnTe晶體產(chǎn)生太赫茲輻射，由于自由空間電光取樣比光電導(dǎo)取樣的探測帶寬更寬，且更容易調(diào)節(jié)，所以太赫茲輻射的探測多是采用自用空間電光取樣技術(shù)。以光電導(dǎo)天線產(chǎn)生太赫茲輻射為例，激光器發(fā)出的飛秒激光被分光鏡分成兩束，較強的一束為泵浦光，較弱的一束為探測光。泵浦光經(jīng)過電動平移臺，被短焦距透鏡聚焦到輻射用GaAs晶體上，光整流產(chǎn)生太赫茲輻射。產(chǎn)生的太赫茲輻射被一對離軸拋物面鏡收集并聚焦到另一塊探測用的ZnTe晶體上，調(diào)整探測光路，使被高阻硅（未完，下一頁）
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