太赫兹通信技术的研究与展望

太赫兹通信是一个极具应用前景的技术,太赫兹波有非常宽的还没分配的频带,并且具有传输速率高、方向性好、安全性高、散射小及穿透性好等许多特性.发展太赫兹通信技术已成为各发达国家研究的热点.该文分析了国内外太赫兹通信的研究情况;以太赫兹通信系统的整体框架,全面地介绍和分析了太赫兹通信的一些关键技术和最新研究成果;同时,对太赫兹的技术发展趋势和应用前景做了展望,提出了太赫兹技术的发展战略.     

太赫兹探测与通信技术新进展

回顾了太赫兹技术的最新进展,并总结了未来的几个重要方向,重点介绍几种关键的太赫兹技术,包括太赫兹源、太赫兹传输、太赫兹调制和太赫兹检测。简要介绍了当前太赫兹技术的发展现状和应用情况,如射电天文学、物体无损检测、医疗成像、安检等太赫兹探测应用和太赫兹通信概况。对太赫兹探测和通信最新技术进展进行了回顾,给出了该领域的前瞻研究方向。     

用于空间领域的太赫兹技术研究概况

作为电磁波中从红外光到微波的过渡区,太赫兹波所具有的独特性能已得到了人们的广泛认识。随着太赫兹辐射源、太赫兹探测器等单元技术研究的不断成熟,美国、欧洲和日本已率先将其应用于空间天文观测、深空探测和对地气象环境监测等领域。重点总结了这些应用中的技术发展情况,并简要分析了太赫兹雷达与通信技术的研究状况和应用前景。     

太赫兹二维成像技术研究进展

太赫兹成像技术在人体安检、无损探伤、质量监控、生物医学、半导体特性表征等许多领域展现出广泛的应用前景。本文综述了各类太赫兹二维成像技术,包括太赫兹扫描成像、太赫兹单像素成像、电光调制太赫兹成像、太赫兹相机直接成像等技术,综述各类成像技术的研究背景,分析了具体的成像方法和成像结果,总结了不同太赫兹成像技术的优缺点并对今后太赫兹成像技术的发展趋势做出展望。     

太赫兹计量技术研究进展

随着太赫兹(THz)科学技术的不断发展和应用水平的不断提高,科研、生产及应用领域都产生了对THz计量技术的迫切需求。论文梳理了美国国家标准与技术研究院、英国国家物理实验室、中国计量院等国内外主要计量机构及其它科研机构在THz参数计量技术方面的研究工作,从功率、频率、光谱参数以及脉冲参数等方面对THz计量技术的研究现状进行了综述,并对中国电子科技集团公司第四十一研究所在THz计量领域的研究工作进行了介绍。最后,对太赫兹计量技术的发展进行了展望。     

太赫兹时域光谱技术

太赫兹时域光谱技术是最新的太赫兹技术,它基于宽波段太赫兹脉冲,可同时获得太赫兹波形的幅度和相位信息,在材料的远红外物性研究中有重要应用。本文涉及太赫兹时域光谱技术的基本特征、发射、探测技术和主要应用。     

太赫兹计量技术研究进展

随着太赫兹（THz）科学技术的不断发展和应用水平的不断提高,科研、生产及应用领域都产生了对THz 计 量技术的迫切需求。论文梳理了美国国家标准与技术研究院、英国国家物理实验室、中国计量院等国内外主要计量机 构及其它科研机构在THz 参数计量技术方面的研究工作,从功率、频率、光谱参数以及脉冲参数等方面对THz 计量技 术的研究现状进行了综述,并对中国电子科技集团公司第四十一研究所在THz 计量领域的研究工作进行了介绍。最后, 对太赫兹计量技术的发展进行了展望。     

太赫兹技术的发展及在雷达和通讯系统中的应用(Ⅱ)

简要介绍了太赫兹技术的发展和研究现状,概述了太赫兹波的低能性、高穿透性、指纹谱性、宽带性、瞬态性和相干性等独特性质。列举了太赫兹技术在成像、雷达、通信、生物医学、反恐和安检、航空航天领域和天文与地理方面等主要应用研究领域。重点论述和分析了太赫兹技术在雷达探测和通讯系统中的应用,太赫兹雷达以其高距离分辨率、超大信号带宽、强穿透力、低截获率、强抗干扰性、优越的反隐身和穿透等离子体能力而具有强大的技术优势来实现雷达探测系统的众多功能。太赫兹通信是一个极具应用前景的技术,THz波有非常宽的还没分配的频带,并且具有速率高、方向性好、安全性高、散射小、穿透性好等许多特性,THz通信将给通信系统带来巨大的技术进步。指出了太赫兹技术应用到雷达探测和通讯系统中需重点关注的基础技术和关键技术。     

太赫兹技术的发展现状及应用前景分析

简要介绍了太赫兹辐射源和太赫兹探测器,特别是THz量子级联激光器（QCL）和THz量子阱红外光子探测器（QWIP）的原理、特点及研究现状.分析了太赫兹技术工程应用前景及限制因素.指出作用距离是决定太赫兹技术应用的关键因素之一.如果太赫兹辐射在大气对流层内传输时的衰减问题不能得到有效解决,那么太赫兹技术在地面或海上的应用可能受到严重制约.基于机载或星载平台的太赫兹雷达或通信,则具有诱人的应用前景.     

太赫兹技术的发展及在雷达和通讯系统中的应用(Ⅰ)

简要介绍了太赫兹技术的发展和研究现状,概述了太赫兹波的低能性、高穿透性、指纹谱性、宽带性、瞬态性和相干性等独特性质.列举了太赫兹技术在成像、雷达、通信、生物医学、反恐和安检、航空航天领域和天文与地理方面等的主要应用.重点论述和分析了太赫兹技术在雷达探测和通讯系统中的应用,太赫兹雷达以其高距离分辨率、超大信号带宽、强穿透力、低截获率、强抗干扰性、优越的反隐身和穿透等离子体能力而具有强大的技术优势来实现雷达探测系统的众多功能.太赫兹通信是一个极具应用前景的技术,THz波有非常宽的还没分配的频带,并且具有速率高、方向性好、安全性高、散射小、穿透性好等许多特性,THz通信将给通信系统带来巨大的技术进步.指出了太赫兹技术应用到雷达探测和通讯系统中需重点关注的基础技术和关键技术.     

Terahertz Frequency Metrology for Spectroscopic Applications: a Review

We provide an overview on terahertz (THz) frequency metrology, starting from the nowadays available continuous wave THz sources, discussing their main features such as tunability, spectral purity, and frequency referencing to the primary frequency standards. A comparison on the achieved results in high-precision molecular spectroscopy is given and discussed, and finally, a special emphasis poses on the future developments of this upcoming field.     

Data Extraction from Terahertz Time Domain Spectroscopy Measurements

The potential of terahertz (THz) time domain spectroscopy to simultaneously determine the complex dielectric parameters of materials and their geometrical thickness is of high interest for scientific spectroscopy and for general metrology. This paper provides an overview of the background of the data extraction from THz measurements and discusses the accuracy and ambiguity of this extraction process. It is shown that the signal to noise ratio of the measurement as well as the bandwidth of the accessible THz spectrum define the limitation of the achievable accuracy in the data extraction.     

基于梯度变换的太赫兹图像超分辨率重建

为了提高太赫兹图像的质量，克服边缘模糊的缺陷，采用有理分形插值和基于梯度变换的图像超分辨率重建算法相结合的方法对0.25THz，0.50THz和0.75THz图像进行超分辨率重建实验，并对实验结果进行了定量分析，利用基于空间信息熵的直方图匹配技术和双边滤波器对重建算法进行了优化，增强了该方法的适用性。结果表明，对经过插值的太赫兹图像采用基于梯度变换的超分辨率重建方法处理之后，0.25THz，0.50THz和0.75THz图像的边缘强度分别提高了169%，116%和104%，平均梯度分别提高了16%，28%和24%；同时，成像信号频率和强度也会对重建性能产生影响。该方法可以有效恢复太赫兹图像当中的细节信息，锐化图像边缘，提高图像质量且不会出现振铃现象，具有较好的实用价值。     

丁基羟基茴香醚的太赫兹时域光谱检测与分析

利用太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术对食品添加剂丁基羟基茴香醚（BHA）及其与聚乙烯不同配比的混合物进行了检测,获得了其在0.2-2.6THz波段的吸收谱和折射率谱。实验结果表明,在此波段内该物质有三个明显的吸收峰,分别位于0.64THz,1.14THz和1.81THz,该指纹谱可用于THz波段该物质的检测与识别。此外,利用最小二乘法对混合物太赫兹光谱峰位的吸收系数和质量分数进行线性拟合,结果表明聚乙烯中丁基羟基茴香醚的含量与太赫兹光谱的相关系数大于0.98。最后,用密度泛函理论对单分子丁基羟基茴香醚进行了数值计算,表明太赫兹指纹谱与分子构型和分子内部运动有关系。     

人工微结构太赫兹传感器的研究进展

近年来,太赫兹技术得到迅速发展,在通信、反恐、检测和医药等领域展现了广泛的应用潜力。尤其是许多生物分子和材料在太赫兹波段存在特征的吸收光谱,而且太赫兹波能量低损伤小等特点,使得太赫兹生化传感器越来越受到关注。然而,由于太赫兹波的波长较长与生物分子等的尺寸差别非常大,导致相互作用比较弱,从而限制了太赫兹传感器的性能。通过微纳电磁结构对光场空间分布和频率分布的调控,增强太赫兹波传感器的灵敏度是当前的研究热点。文中将重点介绍各种微纳结构太赫兹传感技术的原理和研究现状,并通过梳理其发展趋势和当前的性能制约因素,讨论此方向将来的发展方向和应用前景。     

高双折射低色散光子晶体光纤设计

为了高效传输太赫兹(Terahertz,THz)波并促进太赫兹的实际应用.提出了一种具有高双折射,低色散特性的太赫兹光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber,PCF).利用全矢量有限元法对所提出的PCF 结构进行数值仿真,分析了结构参数与双折射以及色散的关系.仿真结果表明,该光纤在0.9～1.3 TH...     

Sample Thickness Measurement with THz-TDS: Resolution and Implications

The accuracy of any measurement with terahertz time-domain spectroscopy (THz-TDS) depends strongly on knowing and supplying the precise sample thickness when processing the raw terahertz data. Sample thickness usually is estimated using other (non-THz) metrology and invariably involves some degree of uncertainty. It turns out that the terahertz data itself typically also contains information regarding sample thickness. However, there is limited systematic work addressing the following questions: What is the best method for extracting sample thickness from THz-TDS data? And, what is the thickness resolution obtainable with THz-TDS? In this study we demonstrate how these questions can be answered in general by answering them for a specific example: undoped silicon wafers. We determine the accuracy with which the exact thickness of nominally 500 μm silicon wafers can be measured using transmission mode THz-TDS. We analyze and compare the resolution of 5 different approaches for determining sample thickness using THz-TDS data, including two new methods and three methods proposed in the literature. The quantitative results and analyses of methods we present will be useful in developing far-infrared optical metrology. Conversely the quantitative results presented can be used to relate uncertainty in sample thickness to uncertainty in the measured terahertz data both in the time domain and frequency domain (phase and amplitude). Finally, a precise understanding of the relationship between sample thickness and THz-TDS data can be used to formulate superior THz-TDS data work-up methodologies.     

太赫兹肖特基二极管噪声电压的理论研究

在太赫兹焦平面成像等系统中,GaAs肖特基二极管作为太赫兹检测的核心器件,其噪声特性直接影响太赫兹探测系统的灵敏度。讨论了GaAs肖特基二极管在不同直流偏压下加载给负载的热噪声电压、散粒噪声电压、总噪声电压,并给出了相应的解析解。同时,建模模拟了太赫兹混频前端,并利用谐波平衡法对理论公式进行了对比验证。对太赫兹像元与阵列芯片的噪声机理以及提高芯片的噪声性能研究,改善芯片噪声特性,从而提高太赫兹焦平面成像系统灵敏度具有重要意义和作用。     

氧化镁单晶在太赫兹波段的介电特性

利用太赫兹时域光谱系统,在0.5~9.5 THz范围内对氧化镁单晶基片的介电特性进行了研究,并获得折射率、吸收系数以及复介电函数信息。实验数据表明,在低频（ 2 THz）范围内,氧化镁单晶透过性较好,折射率在3.12~3.15之间。折射率和吸收系数均随频率增加而增大,且在3.16 THz和8.11 THz两处存在明显的吸收峰。通过经典的赝简谐振动理论很好地拟合了实验结果,分析了晶体中的横向光学声子振动模式,为氧化镁单晶在宽带太赫兹波段的应用提供了有益参考。