Details

Данная работа посвящена разработке расширителей коллимированного ТГц пучка на основе высокоомного кремния и полимеров. В ходе данной работы были проанализированы существующие подходы моделирования расширителей, а также подробно рассмотрен и применён подход, основанный на законах геометрической оптики. Были построены модели в рамках геометрической оптики с помощью программного пакета Zemax OpticStudio, а также в рамках волновой оптики в программном пакете COMSOL, что позволило выявить значительные отличия в картине распространения лучей при учёте волновых эффектов ТГц излучения и без. Моделирование расширителей производилось для пяти различных материалов линз: высокоомный кремний (HRFZ-Si), полиметилпентен (TPX), циклоолефиновый полимер (ZEONEX), полилактид (PLA), циклический олефиновый сополимер (TOPAS). Затем было проведено экспериментальное исследование уже созданного расширителя с целью определения его работоспособности и влияния внешних факторов на качество его работы.По итогам работы были определены основные параметры расширителя, в том числе его линз, которые вносят существенные коррективы в работу при учёте волновой оптики, т.е. в реальных условиях.Результаты данной работы могут быть использованы в дальнейшем для более эффективного моделирования расширителей коллимированного ТГц пучка с учётом критериев, которые были определены после проведения всех этапов.

The given work is devoted to the development of collimated THz beam expanders based on high resistivity float zone silicon and polymers. In the course of this research, the existing approaches to simulate expanders have been analyzed, and the approach based on geometric optics has been observed in detail and has been applied. Models have been built in the framework of geometric optics using the Zemax OpticStudio software package, as well as in the framework of wave optics in the COMSOL software package, which has made it possible to reveal significant differences in the pattern of ray propagation with and without wave effects of THz radiation. Modeling has been performed for five different expander lens materials: high resistivity float zone silicon (HRFZ-Si), polymethylpentene (TPX), cycloolefin polymer (ZEONEX), polylactide (PLA), cyclic olefin copolymer (TOPAS). Then, an experimental examination of the already created expander has been carried out in order to determine its performance and the influence of external factors on the quality of its work.As the results of the research, the main parameters of the expander have been determined, including parameters of its lenses, which have caused significant changes to the operation when wave optics have been taken into account, i.e. in real conditions.The results of this work may be used in the future for more effective modeling of collimated THz beam expanders, taking into account the criteria that were determined after all the stages.