太赫兹波辉光放电探测器的研制及机理研究

本项目围绕太赫兹波（THz）辉光放电探测器（GDD）的设计，对提高GDD的响应率、信噪比、稳定性和寿命中所涉及的基础科学问题和关键技术问题进行深入研究。设计平面石英玻璃窗口、反射镜、尺寸合适的电极，提高GDD的响应率；对电极材料及氧化物涂层研究，分析逸出功对GDD的响应率和噪声的影响；对不同的惰性气体研究，分析电离能对GDD的响应率和噪声的影响；研究压强对等离子体电荷分布特性的影响，进而对THz电磁波响应特性的影响。通过上述研究制备响应率大于1000 V/W、噪声等效功率小于10^(-10) W/Hz^(1/2)、频率响应范围从0.1 THz到10 THz、寿命大于5000小时的THz GDD。建立THz电磁波和等离子体相互作用的物理模型，利用时域有限差分法研究GDD探测THz电磁波的物理过程。本项目为设计高响应率、高信噪比的THz GDD提供技术指导和理论依据。

本项目围绕太赫兹（THz）波辉光放电探测器（GDD）的设计，对提高GDD的响应率、信噪比、稳定性和寿命中所涉及的基础科学问题和关键技术问题进行深入研究，圆满完成项目计划书中的各项指标，并取得以下成果：. （1）提出了辉光放电探测器探测THz波的机理是入射THz波增强了GDD内部放电气体的电离率，所产生的信号电流与入射THz波的功率成正比。分析了气体组分、放电电流、电路参数对GDD的响应率、噪声等效功率、响应时间的影响，为研制GDD提供理论依据。. （2）研制出太赫兹波辉光放电探测器，并根据上述理论对气体组分、压强等条件进行优化，所研制探测器的响应率达到147.8 V/W，噪声等效功率为1.12 pW/Hz1/2，信噪比350。应用于太赫兹迈克尔逊干涉仪中，与焦热电探测器、肖特基二极管的性能相似。. （3）将GDD应用于THz成像系统中，首次获得利用GDD采集的THz图像，图像的对比度和空间分辨率与利用工艺成熟的肖特基探测器采集的图像相当。. （4）本项目在国外著名期刊发表SCI收录的研究论文15篇，其中I区2篇，II区6篇；在国际学术会议上做口头报告4次，发表EI检索的会议论文5篇。申请国家发明专利2项，授权1项。2012年，获陕西省科学技术奖二等奖1项。. 以上研究结果为研究高响应率、高信噪比的THz GDD提供技术指导和理论依据。