太赫兹科学技术导论

教学大纲

教学内容包括十章课程:

第一章 基础知识介绍 (2学时)

1本章教学内容:介绍电磁波基础理论知识(2学时)

2 本章教学要求:通过本章课程的学习,要求学生掌握电磁波基本理论知识,能够默写出麦克斯韦方程组,能够推导出波动方程,并能给出平面电磁波的表达式,知道边界条件。博士研究生要求掌握分离变量法求解亥姆霍兹方程,并熟悉波导中电磁波的模式等。

3 本章教学重点:(1)麦克斯韦方程组,(2)平面电磁波表达式。

4 本章教学难点:(1)波动方程的推导。

第二章 太赫兹科学技术简介 (2学时)

1本章教学内容:(1)介绍太赫兹波的本质及属性;介绍太赫兹波独有的特征,与其他频段电磁波的区别(1学时),(2)介绍太赫兹波的研究历史,及太赫兹科学的研究现状(1学时)。

2本章教学要求:通过本章课程的学习,要求学生掌握太赫兹波的定义,太赫兹波的频谱位置,以及太赫兹波的特点,了解太赫兹波的发展历史及研究现状。博士研究生要求自查资料了解所在学科与太赫兹学科的关联及发展现状。

3 本章教学重点:(1)太赫兹波的定义及波谱位置,(2)太赫兹波的特点。

4 本章教学难点:无。

第三章 基于电子学的太赫兹辐射源 (6学时)

1 本章教学内容:介绍利用电子学方法产生太赫兹的辐射源,包括真空器件太赫兹辐射源、(1)自由电子激光太赫兹辐射源(1学时),(2)半导体太赫兹辐射源(1学时),(3)基于高能加速器的太赫兹辐射源(1学时),结合专业特点,重点介绍太赫兹电真空器件,包括(4)电子回旋脉塞(1学时),(5)行波管、返波管(1学时),(6)绕射辐射器件和扩展互作用振荡器及其倍频技术(1学时)。

2 本章教学要求:通过本章课程的学习,要求学生了解各种利用电子学方法产生太赫兹辐射的各种辐射源的分类,掌握各种真空电子太赫兹辐射器件的工作原理。博士研究生要求掌握各种真空电子太赫兹辐射器件之间差别以及原因,各器件的工作频率范围,输出功率大小,工作条件等。

3 本章教学重点:(1)各种真空电子学太赫兹辐射器件的工作原理,(2)各种电子学太赫兹辐射器件之间的比较。

4 本章教学难点:(1)真空电子器件中慢波器件的工作原理的理论推导;(2)真空电子器件回旋管的工作原理。

第四章 基于光子学的太赫兹辐射源 (4学时)

1 本章教学内容:介绍利用光子学方法产生太赫兹的辐射源,包括(1)太赫兹光导天线、光整流(1学时),(2)非线性差频、太赫兹参量振荡器和放大器以及光学切伦科夫辐射等方法(1学时),(3)着重介绍利用这些方法所研制并广泛被采用的太赫兹时域光谱系统(2学时)。

2 本章教学要求:通过本章课程的学习,要求学生了解各种利用光子学方法产生太赫兹辐射的物理机理,了解各种光子学太赫兹辐射期间的特点及差异,熟悉太赫兹时域光谱系统的工作原理及使用方法。博士研究生要求熟悉飞秒激光器输出激光特点,熟悉光导天线工作原理。

3 本章教学重点:(1)太赫兹时域光谱系统的工作原理,(2)光子学太赫兹辐射源的特点及局限。

4 本章教学难点:(1)激光工作原理,(2)光学非线性

第五章 电子学与光子学相结合的太赫兹辐射源 (2学时)

1 本章教学内容:介绍将电子学与光子学相结合产生太赫兹辐射的机理。着重介绍利用表面等离子体波和亚波长周期孔阵列将电子学与光子学相结合产生太赫兹辐射的新方法。并介绍研究太赫兹所运用的主要理论方法、计算机模拟技术以及设备生产加工技术等与太赫兹相关的技术方法及软件。(2学时)

2本章教学要求:通过本章课程的学习,要求学生了解表面等离子体基元的特点,以及表面等离子体基元的激发、传输、辐射。熟悉电子束激发表面等离子体基元产生电磁辐射的工作原理。博士研究生要求熟悉石墨烯中表面等离子体基元的特点。

3 本章教学重点:(1)电子束激发表面等离子体基元产生太赫兹辐射的物理机理,(2)新型太赫兹辐射源的设计。

4 本章教学难点:表面等离子体基元的电子束激发

第六章 太赫兹检测技术 (2学时)

1 本章教学内容:介绍太赫兹波的各种检测技术。结合各种不同的太赫兹辐射源,介绍包括电光检测、热释电探测、辐射热计、热膨胀探测以及混频和差频在内的各种检测技术及设备,并进行比较。(2学时)

2 本章教学要求:通过本章课程的学习,要求学生了解各种太赫兹检测器件的工作原理,不同检测器件各自适用的范围及之间差异。博士研究生要求熟悉几种主要检测器件的使用。

3 本章教学重点:各种检测器件的工作原理。

4 本章教学难点:量子噪声

第七章 太赫兹传输与功能器件 (2学时)

1 本章教学内容:介绍各种太赫兹传输器件及功能器件。包括太赫兹单线传输线、太赫兹双线传输线和太赫兹光子晶体传输线。功能器件包括太赫兹谐振腔、太赫兹滤波器、太赫兹偏振器、太赫兹开关、太赫兹混频器以及太赫兹天线。(2学时)

2 本章教学要求:通过本章课程的学习,要求学生了解太赫兹传输的特点,各种太赫兹传输线的特点,了解太赫兹调制器件的工作原理。博士研究生要求了解各种用于太赫兹频段的人工媒质,如光子晶体,超材料等。

3 本章教学重点:(1)太赫兹传输线,(2)太赫兹调制器

4 本章教学难点:基于超材料的太赫兹调制器。

第八章 太赫兹应用 (4学时)

1 本章教学内容:结合已有的太赫兹源与检测技术,介绍目前已经展开的各种太赫兹应用技术,主要包括:(1)太赫兹光谱技术(1学时)、(2)太赫兹成像技术(1学时)、(3)太赫兹与物质的相互作用、太赫兹无损探伤技术、太赫兹安全检测技术(1学时)以及(4)太赫兹在生物医学方面的应用(1学时)。

2 本章教学要求:通过本章课程的学习,要求学生了解太赫兹在各个领域的应用。博士研究生要求调研目前已经商业化或接近商业化的太赫兹应用。

3 本章教学重点:(1)太赫兹光谱技术,(2)太赫兹成像技术

4 本章教学难点:无

第九章 太赫兹科学技术的发展及展望 (2学时)

1 本章教学内容:对太赫兹科技的未来发展进行展望。(2学时)

2 本章教学要求:通过本章课程的学习,要求学生讨论分析太赫兹科技的发展。博士研究生要求根据各自的研究内容撰写报告讨论太赫兹技术在本领域的可能性应用。

3 本章教学重点:太赫兹各方面的发展趋势

4 本章教学难点:无

第十章 太赫兹实验室实践 (4学时)

1 本章教学内容:(1)参观太赫兹实验室(2学时),(2)组织讨论课(2学时)。

2 本章教学要求:通过本章课程的学习,要求学生实地熟悉各种太赫兹器件。博士研究生要求在讨论课准备15分钟发言。

3 本章教学重点:实验室内介绍各种已有太赫兹设备

4 本章教学难点:讨论课组织。