【摘 要】
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太赫兹(THz)频段材料的介质特性不同于微波和光学频段，材料介电常数(光学参数)的准确获取是实现理论计算和应用研究的前提条件。本文围绕华中科技大学在建的自由电子激光太赫兹源装置(FEL-THz)，对THz传输过程中的真空窗(TPX、石英玻璃和高阻硅)的透射率进行精确测量，并采用先进的迭代算法精确提取真空窗材料在太赫兹频段的复介电常数。
首先，论文介绍并对比了两种成熟的太赫兹频段光谱测量技术：太赫兹时域光谱(TDS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)，总结了复介电常数的计算模型和基于光谱测量数据的常
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太赫兹(THz)频段材料的介质特性不同于微波和光学频段，材料介电常数(光学参数)的准确获取是实现理论计算和应用研究的前提条件。本文围绕华中科技大学在建的自由电子激光太赫兹源装置(FEL-THz)，对THz传输过程中的真空窗(TPX、石英玻璃和高阻硅)的透射率进行精确测量，并采用先进的迭代算法精确提取真空窗材料在太赫兹频段的复介电常数。
首先，论文介绍并对比了两种成熟的太赫兹频段光谱测量技术：太赫兹时域光谱(TDS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)，总结了复介电常数的计算模型和基于光谱测量数据的常用提取方法。
其次，基于两个太赫兹时域光谱平台(实验室自行搭建的TDS系统和商用TDS系统)，对太赫兹脉冲透射过介质材料后的时域波形和光谱曲线进行了测量，在考虑样品厚度优化的情况下，结合推导出的场透射率理论公式，采用Nelder–Mead单纯形算法编写了MATLAB处理程序，计算出了窗材料的复介电常数、折射率和消光系数随频率(0.6~5THz)的变化关系，对比了两套TDS测量系统提取的结果，并与文献中某些频点结果对比，相对误差小于4%。论文还进行了算法优化研究，通过插值补零法，提高频谱分辨率并使得相位更加稳定，通过厚度二阶变化量法计算得出了三种材料的实际厚度，同时分析了回波对计算产生的定量影响。
最后，在已知样品厚度和复介电常数的情况下，推导了单层材料在平面波垂直入射下的功率透射率模型，结合实验室傅里叶变换红外光谱仪测得的实验数据(1~8THz)，采用同样的核心算法，获得了材料的复介电常数，并与太赫兹时域光谱方法进行了对比，进一步验证了实验方法的正确性及提取算法的准确性。
通过独立的两种测量技术获取的真空窗材料的复介电常数，结合太赫兹传输线的结构和其中光学元件参数，可用于准确计算光学谐振腔下游开孔处辐射出的THz信号绝对功率。此外，论文完成的MATLAB程序还将用于实验室未来的太赫兹应用研究(光谱和成像)。
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