太赫兹脉冲的短距离大气传输特性

基于van-Vleck Weisskopf线型与辐射传输色散理论,结合JPL数据库,建立了太赫兹脉冲大气传输衰减与色散模型,形成了对宽频太赫兹辐射脉冲在大气中的吸收衰减的数值模拟能力;并对利用太赫兹时域光谱技术(THzTDS)所获得的透射光谱实测结果进行了对比分析,研究了不同水汽密度对太赫兹时域脉冲幅值、相位及频谱特性的影响.研究结果表明:短距离大气传输条件下,0.1~0.5 THz频段太赫兹脉冲的最大传输速率达20 Gb/s以上,相较于单模光纤,更具短距离通信优势.     

太赫兹波大气分层传输特性

基于修正的Van-Vleck Weisskopf(VVW)线型,辐射传输色散理论和水汽连续体吸收模型,结合HITRAN数据库,建立了太赫兹(THz)波大气传输衰减和色散模型,并与毫米波传播模型(MPM)的结果进行了对比分析。加入新的天顶分层方法,形成了对宽频THz波在真实大气中纵向传输吸收衰减和色散的数值模拟能力。研究了不同传输距离下THz波大气分层传输衰减与色散特性、340 GHz和410 GHz窗口特性。研究结果表明：340 GHz和410 GHz大气窗口垂直传输10 km以上,衰减分别低于25 dB和45 dB,群速色散很低,相位变化在0.01个量级,信号传输失真度小。     

太赫兹波沿大气层倾斜路径的传输衰减

太赫兹大气传输是太赫兹科学技术及其应用的重要组成部分,它几乎渗透于所有的太赫兹应用技术领域.现有文献中所说的太赫兹大气传输基本都是水平路径的传输,而文章基于辐射传输、色散理论和Van-Vleck Weisskopf线型,结合喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory,JPL)数据库,建立了太赫兹波沿大气层倾斜路径的传输衰减模型,对0.1～1 THz频段太赫兹波沿倾斜路径传输的吸收衰减特征进行了数值模拟研究.分析了低端太赫兹大气传输的窗口结构,为太赫兹地空通信提供了理论参考.     

基于大气再分析资料集的太赫兹传输衰减计算

为精确计算太赫兹波大气传输吸收衰减,需建立太赫兹波传播路径模型,而后获取沿传播路径的相关变化大气参量,并通过国际电联(ITU)标准计算分段的吸收衰减值,最终进行累加计算得出总的大气衰减量值。受限于气象观测设备及手段,沿传播路径完整的大气参量难以获取。由于地球重力场产生的大气折射效应,电磁波在大气层中传播时其路径呈现曲线弯曲传播。基于区域大气再分析资料集基础数据转化的太赫兹波大气传输衰减精确计算方法,通过ITU标准这个桥梁,在气象数据和大气传输衰减间建立关联关系,最终运用在飞行器太赫兹波地面探测类工程技术上,以预估太赫兹波通信链路的大气吸收衰减值。     

沙尘环境下太赫兹波衰减特性

对沙尘环境下太赫兹波衰减特性进行研究,在国际电信联盟(ITU)大气衰减模型的基础上,增加了不同类型沙尘的影响.基于大气毫米波传播模型(MPM)预测了1 THz内大气衰减特性;根据Mie散射理论计算了太赫兹波在沙尘环境下因沙尘颗粒产生的衰减;结合以上两种因素得出沙尘环境下太赫兹的衰减特性.本文的研究结果对太赫兹在沙尘环境...     

基于HITRAN的太赫兹波大气吸收特性

基于分子光谱数据库HITRAN中的谱线参数和传播理论得到了氧气分子、氮气分子和水蒸气分子的吸收系数,同时计算了氧气、氮气2种单组分气体以及水蒸气对太赫兹波辐射在1 km上的吸收衰减系数。在0.1 THz-1 THz频率范围内与ITU-R P.676进行比较,结果显示,2种结果吻合较好,尤其在吸收带。这也间接验证了本文计算方法在太赫兹波其他频段吸收衰减计算结果的正确性。     

太赫兹波大气衰减的抛物方程模型

抛物方程是一种模拟电波传播特性的高效模型,但目前抛物方程模型在模拟电波传播时,主要考虑大气的折射效应而忽略了其吸收作用,然而太赫兹波的大气衰减较为严重。通过引入大气分子吸收的复折射率,实现了应用抛物方程模型计算太赫兹波的大气衰减。该模型考虑了大气压强、温度和水汽密度等气象参数随高度变化对大气衰减的影响,且能够针对不同地区和季节的气象条件对大气衰减进行计算,与真实环境更加符合。最后利用该模型仿真分析了0.14 THz波的传播特性,给出了传播损耗随距离和高度的变化,并与忽略大气衰减的结果进行了对比,结果表明抛物方程模型能同时体现太赫兹的大气吸收效应和多径传播效应。     

太赫兹波在Kolmogorov湍流大气中的水平传输特性研究

太赫兹的大气传输特性对太赫兹的空间应用非常重要.对太赫兹波在Kolmogorov湍流大气中的水平传输特性展开了研究.分析了太赫兹平面波在湍流大气中传输时其闪烁指数、饱和距离等参数随频率、空间传输距离和湍流强弱程度等因素的变化.以高斯波束为例,研究了太赫兹波束在湍流大气中传输时闪烁指数、束宽等参数随传输距离等物理量的演化规律.研究结果表明,在太赫兹波段,频率越高,闪烁指数越大,饱和距离就越小.总体上看,太赫兹波在大气中传输时受大气湍流的影响程度介于光波和微波之间;对于太赫兹大气通信和成像等短程应用,太赫兹波在湍流大气中传输时一般都处于弱起伏状态;但对于太赫兹雷达和遥感等应用,由于传输距离较远,可能会出现强起伏.     

不同行程下水蒸汽太赫兹传输特性

太赫兹波具有独特的性质和应用,却存在大气衰减等物理上的限制.由于太赫兹波在大气传输中主要衰减来自水蒸汽,文中采用太赫兹时域光谱技术,通过构建不同行程的太赫兹时域光谱系统(0.5m、1m、2m、3 m),在0.1~2.0 THz 频率范围内,分别对不同湿度的空气进行太赫兹时域光谱测量,获得了25 个水吸收峰和10 个太赫兹窗口.结果表明:随着传输行程或湿度的增加,吸收谱带被展宽、太赫兹窗口被压缩,为超宽谱太赫兹波的潜在应用提供依据.     

激波管等离子体中太赫兹波传输特性仿真与实验研究

研究了太赫兹波在透射波窗口封闭的激波管中的等离子体中的传输特性,获得了传输衰减量随等离子体电子密度、碰撞频率、透波窗口材料以及电磁波频率的变化规律,并比较了相同条件下毫米波的传输特性.利用激波管为实验平台模拟产生高速飞行器等离子体,开展了太赫兹波在等离子体中传输特性实验.结果表明,太赫兹波在相同电子密度和碰撞频率的等离子体中衰减量比毫米波小得多;随着等离子体碰撞频率的增加,太赫兹波传输衰减量先增加后减小,透波窗口增加了太赫兹波的传输衰减;随着窗口材料的介电常数增加,太赫兹波反射率增加,太赫兹波传输衰减曲线出现周期性振荡,振荡周期约5 GHz;太赫兹波通信可能作为一种解决再入飞行器黑障问题的有效技术途径.     

Dispersion characteristics of optically excited coplanarstriplines: pulse propagation

The propagation of optically excited picosecond electrical pulses on coplanar striplines is analyzed. A full-wave analysis method that includes dispersion and losses over terahertz bandwidths is outlined. Results of the full-wave analysis are interpreted in terms of the underlying physical phenomena. The full-wave analysis reveals the existence of peaks in the dispersion curve of the coplanar stripline. These are interpreted in terms of the onset and coupling of the substrate modes to the transmission line mode. Results of the full-wave analysis are in good agreement with those obtained by established theory. Pulse propagation is simulated using the dispersion and loss data obtained from the analysis and accounts for all the relevant mechanisms. Results of simulations are compared with previously published experimental data for normal as well as superconducting lines. It is demonstrated that the superconducting phenomena are not dominant, whereas modal dispersion and substrate losses dominate the evolution of the output pulse and must be included for accurate modeling of pulse propagation on coplanar striplines     

激光在大气中传输衰减特性研究

激光在大气中传输特性的研究是激光探测与制导、激光通信等光电系统设计中的一个主要问题.利用衰减的经验模型和Mie理论,分别计算了不同大气能见度下的霾粒子对激光大气传输产生的衰减,并对这两种方法计算的结果进行比较分析;再根据Mie理论和云雾的尺度分布模型计算了云雾的激光衰减.结果表明,在近红外波段对于对流层大气中霾粒子的衰减预测应用Mie理论计算更合理;云雾引起的衰减一般较大,并且随着能见度的减小,衰减增加较快.因此,当Vb＜15km时,霾引起的衰减需要考虑;当Vb较小时,云雾的激光衰减是限制系统性能的主要因素.     

传输线中脉冲信号传输特性的联合时频分析

用联合时频分析方法将一维时域或频域脉冲信号扩展到时间 -频率的二维平面 ,通过时间窗、频率窗和 Wigner- Ville分布的时频平面对矩形和高斯脉冲信号在传输线 (双导线和同轴线 )中的传输瞬态特性进行比较分析对比。联合时频分析可以更直观、更全面地了解脉冲信号在传输线任意时间和任意位置的瞬态变化。     

单模光纤中超高斯脉冲传输特性的研究

文章数值研究了一阶非线性和色散对超高斯脉冲传输的影响.结果表明:正的高阶色散引起的超高斯的振荡出现在脉冲后沿的峰值和拖尾上,负的高阶色散引起的超高斯脉冲的振荡出现在脉冲前沿的峰值和拖尾上;脉冲沿形状参数m越大,一阶非线性和二阶色散引起超高斯脉冲在传输的初始阶段峰值变得更大,且脉宽变得更窄;随着传输距离的增大,峰值变得更小而脉宽变得更宽,啁啾增加的更大;m越小,在脉冲的中心附近较大范围内啁啾的线性越好.     

脉宽对不同密度介质中传播的超短脉冲特性的影响

利用使用预估校正（PC）-时域有限差分（FDTD）法求得的全波Maxwell-Bloch方程组的数值解,研究脉宽对在不同密度的V型三能级介质中传播的飞秒超短激光脉冲特性的影响。结果表明,不同原子密度情况下,脉宽改变对脉冲传播特性的影响是不同的。当超短脉冲在原子密度较小的稀疏介质中传播时,脉冲不易发生分裂;当脉冲未分裂时...     

Atmospheric attenuation at submillimetre wavelengths

A high-resolution interference spectrometer has been used to observe the absorption of water vapour in the 500?1500 Gc/s region. The centre frequencies and relative strengths of the resonances are compared with earlier theoretical calculations of several workers and point to an extrapolation error in one previous experimental measurement.     

常用激光的大气衰减

本文概述GaAs、YAG、HF、DF与CO2等常用激光的大气衰减特性。在分析大气对这些激光辐射的吸收与散射过程的基础上进行了综合比较，最后指出各种激光虽适宜使用的环境。     

对称非球形冰晶对太赫兹波的衰减效应

水汽凝结体对太赫兹波在大气中的传输衰减起重要作用。结合T-matrix方法,数值模拟了云层中非球形冰晶在太赫兹波段的吸收和散射效应,建立了对称性非球形冰晶的太赫兹波衰减统计模型。分析了不同结构的非球形冰晶的消光特性,对比MPM模型的球形水云衰减,结果显示太赫兹波段对称非球形冰晶的散射特性明显,衰减效应强于球形水滴,衰减系数平均为20 dB左右,1 THz以上消光截面随冰晶形状的变化而变化,为太赫兹星地通信提供了参考数据。     

太赫兹波在介质中传播的FDTD分析

时域有限差分法是电磁场领域中应用最为频繁的数值方法之一,它可以有效地处理复杂媒质中颗粒对电磁脉冲信号的散射问题,以及超宽带电磁脉冲信号在色散媒质中的传播问题。几乎所有介质,无论其在太赫兹（THz）波段是否有吸收峰,对太赫兹波的传播都有影响。研究太赫兹波在介质中的传播情况,对优化太赫兹系统,分析与设计太赫兹应用技术有重要意义。本文模拟了太赫兹波在散射介质中的传播,说明了太赫兹波在内弹道干涉测速应用中的可能性;模拟了太赫兹脉冲在色散介质中的传播情况,为太赫兹时域光谱系统中晶体选择提供依据。