電子密度對太赫茲波在均勻非磁化等離子體中的傳輸影響

蔡麗君　袁英豪

摘要：針對地面與飛行器之間通信“黑障”問題，采用垂直極化的太赫茲波實現了地面與飛行器的通信。利用放電裝置產生等離子體來模擬飛行器表面的等離子體鞘套，使用全光纖耦合式太赫茲時域光譜儀產生0～1 THz 的太赫茲波，從實驗的角度研究了垂直極化太赫茲波在不同電子密度的均勻非磁化等離子體中的傳輸特性。實驗結果表明：電子密度越大，垂直極化太赫茲在等離子體中的傳播速度越快;隨著電子密度的增大，衰減會越小。所進行的研究為實現地面與飛行器之間的通信互聯提供了重要的實驗參考。

關鍵詞：太赫茲;均勻非磁化等離子體;電子密度;介質阻擋放電;光譜儀;傳輸特性中圖分類號： TH 744 文獻標志碼： A

Effect of electron densities on the transmission of terahertz waves in uniform non-magnetized plasma

CAI Lijun，YUAN Yinghao

（School of Optical-Electrical and Computer Engineering， University of Shanghai forScience and Technology， Shanghai 200093， China）

Abstract： In order to solve the problem of communication between the ground and the aircraft， which? is? called “ black? barrier” ，? the? vertically? polarized  terahertz? wave? is? used? to? realize communication. Using the discharge device to generate plasma to simulate the plasma sheath on the surface? of the? aircraft，? and? an? all-fiber? coupled terahertz time-domain? spectrometer? is used to generate 0-1 THz waves. This paper studies the transmission characteristics of vertically polarized terahertz? waves? in? uniform? non-magnetized? plasma? with? different? electron? densities? from? an experimental point of view. The experimental results show that the greater electron density， the faster propagation speed of the vertically polarized terahertz in the plasma; as the electron density increases，? the? attenuation? becomes? smaller. This? research? provides? an? important? experimental reference for realizing the communication interconnection between the ground and the aircraft.

Keywords： terahertz;uniform non-magnetized plasma; electron density; dielectric blockingdischarge;spectrometer;transmission characteristics

引言

飛行器在進入大氣的過程中，由于飛行速度很快，其表面會與周圍空氣發生劇烈摩擦。飛行器周圍的電子脫離原子核的束縛，在其表面生成一層薄等離子體鞘套，這層等離子體鞘套在飛行器再入大氣的過程中會造成通信中斷、雷達追蹤失效等影響，這一現象被稱為“黑障”[1-4]。針對黑障問題，國內外的研究人員主要把注意力集中在電磁波在等離子體中傳播的衰減情況上。研究發現，黑障區的等離子體鞘套為非磁化等離子體，大多集中于微波頻段（小于100 GHz）[3][5]，而太赫茲波頻段是大于“黑障”區的微波頻段，又由于太赫茲波波長更短、穿透性強、抗干擾等優點[5-9]，太赫茲技術的發展如雨后春筍般迅速，也為穿透等離子體鞘套、解決“黑障”問題做了技術鋪墊。……