太赫兹金属弹簧波导的研究

为深入了解金属弹簧波导对太赫兹波的传输效果,对不同螺线间距金属弹簧的太赫兹波传输特性进行了实验研究。实验结果表明,对于线径0.8 mm、外直径12 mm、长14 cm的金属弹簧,在3.5/4.4 mm等较大的螺距下,弹簧波导反而能在较大的带宽下传导太赫兹波,并具有良好的偏振保持能力。3.5/4.4 mm螺距弹簧的太赫兹传输带宽均约为0.9 THz,且在其峰值频率处的传输损耗分别约为0.2 cm-1和0.27 cm-1。此外,金属弹簧能将太赫兹模式束缚在空气芯内传输,而非通过金属螺线导引传输。该研究结果对金属弹簧波导在太赫兹技术中的应用具有一定参考意义。     

太赫兹介质波导与金属波导模式转换的设计

为实现太赫兹介质波导与金属波导之间模式的转换,设计了一种低损耗、高耦合效率的锥形波导耦合器。通过有限时域差分法（FDTD）对该结构的传输效率进行了仿真优化。仿真结果表明：锥形波导耦合器在170～220 GHz频段,其基模的传输损耗极低;在190～200 GHz频段,其TM基模的传输损耗接近无。该功能器件可以用于集成太赫兹芯片的耦合。     

一种太赫兹波导法兰定位销钉孔位置度的判定方法

在太赫兹系统中,波导传输线是最为常用的一种传输线形式。波导组件连接的装配精度,是影响波导组件电气性能和传输线传输功率损耗的关键因素。分析了现有方法应用于太赫兹波导法兰定位销钉孔位置度判定时,出现误差大、误判多等问题,提出了一种通过理想波导口与实际波导口的比对,进行太赫兹波导法兰定位销钉孔位置度判定的方法。     

管状波导−单壁碳纳米管太赫兹透射光谱研究

单壁碳纳米管是新一代透明导电材料,具有许多特殊的光学、电学和机械特性,在多种领域应用广泛。为此通过电弧法制备了单壁碳纳米管并进一步与有机玻璃（PMMA）管状波导集成,经实验和模拟研究了基于管状波导的单壁碳纳米管太赫兹透射光谱特性。研究结果表明,单壁碳纳米管可以使管状波导的太赫兹共振增强,可有效提高共振消光比,而石墨烯和炭黑对管状波导的太赫兹透射光谱几乎没有影响。     

Fe、Cu、Al三种金属狭缝的THz光谱测量

本文利用太赫兹时域光谱技术研究了宽度在0．08mm-1mm的Fe、Cu、Al三种不同金属狭缝在0．2-1．5THz频段的光学性能,得到了三种样品的时域谱、频域谱、透过率谱,并对三种谱图进行了比较。结果表明金属狭缝对太赫兹波的响应只与狭缝宽度有关,与狭缝深度和材料本身关系不大。这种方法可以不必考虑产生狭缝裂纹的金属材料本身种类,为以后运用太赫兹技术实现对不同金属、异类金属焊缝、合金管道无损检测奠定基础。     

基于平行板波导的双槽谐振腔的特性研究

为使在太赫兹横电波模式下基于平行板波导的对称的双矩形谐振腔结构在滤波、传感等方面有更好的应用,在理论上使用有限元方法对该结构在太赫兹横电波模式下进行了理论上的模拟仿真,并使用时域太赫兹波谱系统在实验上对其理论仿真结果进行了验证。理论和实验均表明在太赫兹横电波模式下基于平行板波导的对称的双矩形谐振腔结构,对谐振频率的选择以及谐振频率Q值的大小均与两平行板的板间距有关,即随着板间距的增大,谐振频点均出现了红移,红移的速率为136GHz/mm,并且其Q值也随着板间距的增大而变大。此结果对太赫兹横电波模式下基于平行板波导的对称的双矩形谐振腔结构在滤波、传感等方面的应用提供了参数上的依据。     

太赫兹波纹喇叭制造工艺技术实验研究

传输太赫兹(Terahertz,THz)波的馈源结构的特征尺寸在亚毫米量级,且精度要求高.波纹喇叭馈源结构具有良好的电讯特性,但内腔结构复杂,制造难度大.针对太赫兹波纹喇叭的具体结构和技术要求,对微细加工和微电铸工艺技术进行了调研和分析,给出了一种利用这些技术的太赫兹波纹喇叭的精密成形工艺方案.开展了内腔筋宽为0.1 mm的波纹结构的工艺实验,为太赫兹波纹喇叭的精密成形提供了有益的工艺方法和工程经验.     

一种基于SIW的阶梯式太赫兹宽带传输线

提出了一种适用于太赫兹频段、长距离传输的阶梯式宽带传输线.将2个基片集成波导(substrate integrated waveguide,SIW)分别置于一个矩形波导两端并分别呈直角转接,整个结构组成一级阶梯形状以实现波导口的空间位置平移.通过在矩形波导两端使用耦合窗的方法完成空气与基片介质之间无模式转换的转接.所提...     

岩石的太赫兹光谱特性研究

本文以太赫兹时域光谱分析技术为手段,研究了侵入岩、喷出岩、沉积岩样品的太赫兹波段光谱特性,在0.3～1.4THz光谱区域间得到了样品的光学参数,并结合偏光显微镜图片分析了样品的吸收系数和折射率值.结果表明,针对样品的结构、成分、类型的不同,透射光谱均出现了不同的吸收和折射特性.通过太赫兹光谱包含的特征信息可以对不同岩石初步进行定性分析,从而为利用太赫兹技术进一步分析岩石的成因、演化特性及其与矿化的关系提供依据和方法.     

基于金属阵列等离子体共振增强的太赫兹光电导天线设计

针对传统太赫兹光电导天线输出功率较低的问题,设计了一种基于金属阵列等离子体共振增强的太赫兹光电导天线,以提高太赫兹光电导天线的输出功率。通过对电磁波和半导体的物理场进行了理论分析,并建立了太赫兹光电导天线模型,利用COMSOL多物理场有限元软件进行了仿真实验研究。仿真计算了金属阵列等离子体共振增强结构不同周期宽度与高度下半导体基底对800 nm激光的光吸收量,得到了一种优化的金属阵列等离子体共振增强结构,然后计算该结构的太赫兹光电导天线的光电流,同时仿真计算了传统太赫兹光电导天线的光电流。研究结果表明:设计得到的金属阵列等离子体共振增强太赫兹光电导天线比传统太赫兹光电导天线光电流增强了约20倍,为等离子体共振增强的太赫兹光电导天线提供了依据。     

基于光子混频原理的连续太赫兹波系统及信号采集分析

由于连续太赫兹波辐射具有非常窄的频宽,在需要精细光谱分辨力的测量中具有重要应用。文中基于光子混频原理,采用两个独立的半导体激光器作为蝶形光电导天线的辐照光源,搭建了一个室温工作且可调谐的连续太赫兹波系统。重点讨论了太赫兹信号采集软件的设计;并对诊断模式、抽样模式以及连续模式下获得的信号进行了简要分析。     

水凝胶波导探针的制备及对罗丹明B的超高灵敏检测

波导型倏逝波传感器依赖于待测物与倏逝场的相互作用,其检测能力受制于倏逝波的强弱。一般而言,波导的倏逝波强度在内部传输光中占比很低,因此传感器灵敏度受到很大限制。提出的一种基于水凝胶聚合物的波导探针可以克服上述缺点。水凝胶具有的三维网状结构,可以方便待测物渗入波导内部,因此可以利用局域在波导内部的传输光进行探测,大幅提高探测光的利用效率。此外,实验通过其他聚合物单体的添加成功抑制了水凝胶波导遇水溶胀变形带来的额外光损。由于纯水凝胶制备的波导在吸水溶胀后会导致变形,从而带来额外的光损耗,因此除水凝胶之外还需掺入其他聚合物以维持波导的基本形状。实验表明,该水凝胶聚合物波导传感器对罗丹明B水溶液的吸收检测极限为1.0×10^?9 g/mL,荧光检测极限为1.0×10^?19 g/mL。相比于其他波导型倏逝波传感器,荧光检测极限提高了约7个数量级。该水凝胶聚合物波导传感器制备方法简单,成本低廉,可适应性高,灵敏度高,在医疗及环境监测等多个领域都有着广泛的应用前景。     

堆叠型太赫兹通信透镜天线设计

为了提高太赫兹通信天线的增益和定向性,提出了"井"字堆叠型透镜天线。该透镜天线工作在太赫兹第一大气传播窗口内,由初级馈源天线和透镜两部分构成。设计了角锥喇叭天线作为透镜天线的初级馈源;根据菲涅耳-基尔霍夫衍射理论和傍轴近似条件设计了"井"字堆叠型透镜用于聚焦太赫兹波,并分析了透镜结构在平面波入射时的聚焦场分布。利用控制变量法分析了透镜天线的全波周期和焦径比等结构参数对其远场辐射性能的影响。对所设计的透镜天线进行了实物加工和测试。实验结果表明:"井"字堆叠型透镜天线的加工和组装工艺简便,具有对称的辐射模式,在320~380GHz的工作频段内的增益高于26.4dB,3dB主瓣宽度低于4.8°,基本满足太赫兹通信系统对天线的高增益和强定向性等要求。     

High efficiency slotted photonic crystal waveguides for the determination of gases using mid-infrared spectroscopy

We present the design and analysis of a high efficiency slotted photonic crystal waveguide for gas sensing applications in the mid-infrared wavelength range. We designed the slotted photonic crystal waveguide structure by engineering the interfaces between the input and output slot waveguides and a resonant coupler. Coupling and transmission spectra of the sensor have been modeled using the three-dimensional finite-difference time domain method. The sensing principle is based on the shift of the upper band edge of the sensor output transmission spectrum which arises due to changes in the ambient refractive index. Transmission spectrum and sensitivity of the proposed sensor are analyzed by tuning the radii of the air holes localized on each side of the slot. The results show that a change of the refractive index of the gas by 10^?4 leads to a shift of the upper band edge wavelength by 540?pm which corresponding to a sensitivity of 1720?nm per refractive index unit. The proposed design may be an ideal platform for developing mid-infrared gas sensing devices characterized by high coupling efficiencies and high sensitivities.     

一种新型基片集成脊波导结构的设计

为了解决基片集成波导带宽窄的局限性,设计了一种新型的基片集成脊波导(ridge substrate integrated waveguide, RSIW)结构。该结构在传统的基片集成脊波导基础上采用了不同介电常数的两层介质板,同时在其两侧还设置了两排周期性排列的空气孔。仿真结果表明:所设计结构的单模工作带宽达到10.88 GHz,相对带宽B达到了4.42,相比其他结构的单模工作带宽和相对带宽分别提高了57%和18.8%;该结构在整个通带范围内表现出了良好的传输特性,能够覆盖整个超宽带范围的应用。该设计为解决基片集成波导带宽窄的局限性以及实现紧凑型宽带互连提供了参考。     

Designing and studying waveguide filters of terahertz and subterahertz frequency ranges

A unit for filtering terahertz and subterahertz electromagnetic radiation, based on using selective frequency properties of an evanescent waveguide and quasi-optical (optic-waveguide) methods for matching to the environment, are presented. The design of the filtering unit, radiated in a frequency band of 100 GHz to several terahertz, and the measurement results of the amplitude-frequency characteristics of test filters in a range of 100?C700 GHz, are given. The principle of the filter construction and design allows one to obtain a sharp and predicted transmission cutoff with an insignificant attenuation in the passband and a significant suppression of low-frequency radiation in the stop region. The experimentally measured attenuation is at a level of 6?C12 dB in the filter transmission band and at a level of 30?C60 dB out of the transmission band; in this case, the obtained result is determined by noises of the test setup. It is shown that the theoretical attenuation value beyond the passband may reach more than 60 dB, when the frequency is only 10% smaller than the critical one. The designed filter can be used for determining and studying spectra in the subterahertz and terahertz bands, especially in the cases, which call for a sharp spectral cutoff and exclusions of long-wave radiation components.