太赫兹波在遥感技术中的应用探讨

太赫兹频段是宏观电子学向微观光子学过渡的纽带,是电磁频谱中最近被开发的频段,在遥感领域受到了特别关注。介绍了太赫兹频段的技术优势,以及在天文观测、地球气象观测、目标参数测量、反隐身雷达及探测雷达等领域的发展状况及设想,探讨了太赫兹雷达在弹道目标探测及空间来袭目标告警等场景下的应用。揭示了太赫兹技术在遥感领域良好的应用前景。     

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。     

光纤腔衰荡光谱与太赫兹波谱技术检测气体研究现状与展望

提气体浓度的实时在线精确测量在人类健康、生命安全、环境保护、资源有效利用及大气遥感探测技术等方面有着十分重要的意义。本文首先介绍了光纤衰荡光谱技术检测气体浓度的最新研究进展;接着分析了太赫兹波在气体浓度探测中应用的优势、可行与局限性;最后对太赫兹波腔光纤衰荡光谱技术测量气体浓度技术方法和应用前景做了展望。     

基于太赫兹时域光谱技术的水蒸气传输特性研究

为了评估太赫兹波在空间通信、雷达、遥感等方面的潜在应用,需要研究太赫兹波在大气中的传输特性。由于0.1～2 THz的太赫兹波在大气中传输的主要衰减来自水蒸气,采用太赫兹时域光谱技术(THz Time-Domain Spectroscopy,THz-TDS),在2 m长的太赫兹传输行程中对不同湿度的空气进行了透射光谱测量,获得了水蒸气在0.1～2THz频率范围内的吸收谱、传输率和弱衰减窗口。     

太赫兹混频器技术研究进展

太赫兹混频器可通过本征信号与原信号混合，经频率变换，实现频谱探测、超分辨成像和天文信号高灵敏探测，在太赫兹频谱识别、太赫兹安检、射电天文探测等领域具有重要应用前景。本文首先介绍了太赫兹混频器的基本原理、分类、主流技术方案；其次针对太赫兹混频器超灵敏化、高频化、中频宽带化和小型化集成的应用需求，分析了国内外太赫兹混频器设计与制作技术的发展动态；最后归纳了太赫兹混频器的应用状况、技术挑战和可能的解决方案，以便阐明三类太赫兹混频器的技术特点和技术发展趋势。     

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.     

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.     

红外-太赫兹光电探测器应用及前沿变革趋势

自红外辐射被发现以来,科学家一直在努力将红外技术应用于地球观测、航天遥感和宇宙探索等领域。目前,第二、三代红外探测器已进入大规模应用,高端三代也在逐步突破,并随着材料制备技术、纳米加工技术、集成技术和相关交叉学科的发展,开始出现了具有前瞻性的新材料、新技术和新概念。红外-太赫兹探测器也开始由单一探测、被动探测和探测分立的传统探测器形式,逐渐走向多维探测、自主探测和智能化芯片集成的变革发展方向。在介绍光电探测器物理机制的基础上,概述了红外-太赫兹探测技术在天文遥感领域的应用与发展,重点综述了红外-太赫兹探测器有望出现变革式发展的三大方向,包括基于人工微结构的光场集成、基于三维堆叠技术的片上智能化和新型低维材料的应用,并展望了未来探测器向着超高性能、多维感知、智能化和感存算一体化的发展趋势。     

星载太赫兹雷达测云散射特性及辐射源分析

阐述云对气候变化的重要影响,介绍云测量的常用遥感手段,分析太赫兹波段大气吸收谱线以及云粒子对太赫兹波的散射特性。在此基础上结合太赫兹波自身所具有的特点,通过与传统云探测技术手段进行对比,分析星载太赫兹雷达测云的优势。最后给出星载太赫兹测云雷达的辐射源可行性分析。     

基于光热载流子调控的二维材料红外与太赫兹探测器研究进展

红外和太赫兹具有非常广阔的应用前景,在光谱学、成像、无线通信和遥感等领域发挥着越来越重要的作用。但是,由于红外、太赫兹波段的光子能量低,相关的探测遇到很大困难,所以实现高灵敏、高速和高稳定性的红外太赫兹探测是一个具有挑战性的工作。二维材料由于其高迁移率、带隙可调和表面悬挂键少等特点为红外太赫兹探测提供了新的机遇。基于光热载流子调控的二维材料红外、太赫兹探测器的发展方兴未艾。文中主要介绍了目前基于光热载流子调控的红外、太赫兹探测器的最新研究进展,将从材料、器件结构、响应波段和响应机理等方面展开。     

红外遥感技术在民用对地观测卫星中的应用现状（下）

利用卫星遥感技术对地球资源、海洋和大气等环境状况进行监测,可以为人类生存环境提供预测信息和安全保障。红外遥感仪器是对地观测卫星的主要探测载荷。随着红外探测器性能和系统集成技术的不断提高,空间红外遥感仪器的探测能力也得到了长足发展。介绍了近五年各国相继发射的各类高性能对地观测卫星,总结了主要红外遥感仪器的应用状况、功能和特性,并对其未来的发展趋势进行了分析。     

红外遥感技术在民用对地观测卫星中的应用现状（上）

利用卫星遥感技术对地球资源、海洋和大气等环境状况进行监测,可以为人类生存环境提供预测信息和安全保障。红外遥感仪器是对地观测卫星的主要探测载荷。随着红外探测器性能和系统集成技术的不断提高,空间红外遥感仪器的探测能力也得到了长足发展。介绍了近五年各国相继发射的各类高性能对地观测卫星,总结了主要红外遥感仪器的应用状况、功能和特性,并对其未来的发展趋势进行了分析。     

低维材料太赫兹探测器研究进展（特邀）

太赫兹技术在无损检测、生物医学、工业检查、环境监测、局域通信和国防安全等领域具有广阔的应用前景。太赫兹系统中太赫兹探测器是其核心器件,其性能决定了太赫兹系统的应用市场,是推动太赫兹技术进一步发展的重要研究方向之一。但是,太赫兹波段较低的光子能量使得实现高速、灵敏的太赫兹探测颇有挑战。随着纳米技术和新材料制备技术的进步,低维材料的高迁移率、宽响应频带等性能为太赫兹探测器提供了新的机遇,低维材料太赫兹探测器得到广泛关注,其主要优势是高灵敏度、宽频带和低噪声,在近年来取得了显著的研究进展。虽然太赫兹探测器已经取得突破性发展,但各类太赫兹探测器仍然存在一些问题。在此背景下,文中从太赫兹探测器的分类出发,简要介绍了测辐射热计、热释电探测器、等离子体共振探测器和热载流子调控探测器的物理机制以及最新研究进展,并展望了未来低维材料太赫兹探测器的发展方向。     

THz辐射大气传输研究和展望

THz辐射在大气中的传输特性是THz波空间通信、大气科学及遥感检测等空间应用的基础,掌握不同温度、高度、湿度和压力等条件下THz频段大气透过率窗口的位置和宽度对于促进该频段的应用具有重要意义。本文分析了THz辐射大气传输的研究概况,包括大气传输的基本原理,辐射传输方程的推导以及对各类THz辐射大气传输模型的比较,并指出尚待解决的问题,最后对THz辐射大气传输研究给出若干建议和展望。     

航天遥感红外探测器需求与发展北大核心CSCD

航天红外遥感已广泛地应用于军事国防、大气探测、水体探测、资源探测和空间天文观测等领域,航天遥感红外探测器是遥感载荷的核心器件。本文对航天遥感红外探测器需求的关键指标进行了分析,将航天遥感红外探测器分为成像类、光谱类和天文探测类,并介绍了三类探测器的特点和发展现状。     

A Double Resonance Approach to Submillimeter/Terahertz Remote Sensing at Atmospheric Pressure

The remote sensing of gases in complex mixtures at atmospheric pressure is a challenging problem and much attention has been paid to it. The most fundamental difference between this application and highly successful astrophysical and upper atmospheric remote sensing is the line width associated with atmospheric pressure broadening, ~ 5 GHz in all spectral regions. In this paper, we discuss quantitatively a new approach that would use a short pulse infrared laser to modulate the submillimeter/terahertz (SMM/THz) spectral absorptions on the time scale of atmospheric relaxation. We show that such a scheme has three important attributes. 1) The time resolved pump makes it possible and efficient to separate signal from atmospheric and system clutter, thereby gaining as much as a factor of 10⁶ in sensitivity. 2) The 3-D information matrix (infrared pump laser frequency, SMM/THz probe frequency, and time resolved SMM/THz relaxation) can provide orders of magnitude greater specificity than a sensor that uses only one of these three dimensions. 3) The congested and relatively weak spectra associated with large molecules can actually be an asset because the usually deleterious effect of their overlapping spectra can be used to increase signal strength.     

地基红外高光谱遥感大气温湿廓线反演研究综述

作为气象学和气候学研究的重要参量,温湿廓线在辐射传输过程、层结稳定度、对流有效位能、降水过程以及云的形成和演变过程中具有重要作用。目前,对大气温湿廓线的遥感探测主要有激光雷达、微波辐射计以及红外高光谱分辨率探测器等探测技术。总结了地基红外高光谱遥感大气温湿廓线在仪器、反演算法等方面的研究进展,重点介绍了统计反演算法和物理反演算法的基本原理,具体分析了不同算法在反演精度、稳定性和计算时间等方面的技术特点。最后,对目前地基红外高光谱遥感大气温湿廓线反演中存在的问题及未来的发展趋势进行了探讨。     

卫星大气多角度偏振遥感系统方案研究

偏振遥感作为一项新技术将在大气探测中发挥作用。通过偏振测量,不仅得到了辐射度测量值,而且能够得到大气偏振态参数。基于多角度偏振信息,能够提高大气特性参数反演精度,并为精确大气校正服务。讨论了偏振遥感探测方式及其研究进展情况,从大气偏振信息特点考虑,提出了一种卫星大气偏振信息获取方式,简要给出了卫星大气遥感的多角度偏振遥感系统总体方案,旨在积极推进多角度偏振遥感技术在卫星大气遥感中的应用。     

卫星大气多角度偏振遥感系统方案研究

偏振遥感作为一项新技术将在大气探测中发挥作用。通过偏振测量，不仅得到了辐射度测量值，而且能够得到大气偏振态参数。基于多角度偏振信息，能够提高大气特性参数反演精度，并为精确大气校正服务。讨论了偏振遥感探测方式及其研究进展情况，从大气偏振信息特点考虑，提出了一种卫星大气偏振信息获取方式，简要给出了卫星大气遥感的多角度偏振遥感系统总体方案，旨在积极推进多角度偏振遥感技术在卫星大气遥感中的应用．