基于空间能量分布调制增强和控制太赫兹信号

为了有效地对太赫兹波进行增强和连续控制，提出一种通过外部空间干扰调制太赫兹波的空间分布对太赫兹波进行增强和连续控制的方法。通过理论计算对比了未放置和放置空心金属波导的太赫兹波的空间分布，并研究了通过外部空间干扰改变太赫兹波传播路径对太赫兹波空间分布的影响。研究表明，采用改变空心金属波导和激光拉丝相对位置的方法，可以得到连续调控的太赫兹波的空间分布，并且太赫兹波空间分布的最强点能量强度增强了近5.9倍，可为宽带太赫兹波的连续调控提供参考。     

太赫兹波的古依相移研究

为了测量太赫兹波聚焦点附近不同位置的太赫兹时域信号图对飞秒脉冲强激光在空气中进行聚焦,在形成空气等离子体细丝通道的同时辐射出锥型太赫兹波,并用离轴抛物面金镜收集和聚焦太赫兹波。利用电光采样系统来探测太赫兹波,得到其频谱宽度约为4THz。通过对比分析得出,会聚的太赫兹波同样具有古依相移效应。     

一种提高太赫兹波成像分辨力的方法

成像分辨力低是影响太赫兹波成像系统在质检、安全和医疗领域应用的重要因素之一。用返波管（BWO）作为太赫兹波辐射源搭建了一个连续太赫兹波点扫描透射成像系统。采用扫描步长小于系统聚焦光斑尺寸的方式获得样品物体的太赫兹透射图像,并利用增量维纳滤波法对该图像进行复原获得了超过系统衍射极限分辨力的太赫兹图像。实验结果表明该方法可以有效提高太赫兹波成像的空间分辨力。     

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。     

太赫兹科学技术的发展与实验室建设

近年来,太赫兹科学技术受到了世界各国政府、企业和科技部门的高度重视,得到了迅猛的发展,这不仅是因为太赫兹波本身具有独特的性质,更因为太赫兹科学技术给人们展示了广阔的应用前景。本文首先对太赫兹波及其有关特性进行介绍,说明太赫兹科学技术具有重要的学术价值和重大的应用前景。其次,重点说明太赫兹辐射源和探测技术的发展,进而介绍我们实验室在太赫兹波谱与成像方面所开展的一些工作。最后,结合太赫兹光电子学重点实验室的建设,介绍我们实验室正在开展的研究工作。     

气体密度调控激光拉丝太赫兹辐射机理

为研究气体密度对多色激光诱导空气等离子体拉丝辐射太赫兹波的调控作用，建立了由激光拉丝辐射太赫兹波的理论模型。该模型可描述太赫兹波的产生和随后的传输过程，基于该模型和仿真计算，研究了气体密度对太赫兹辐射的影响。结果表明，气体密度会影响激光拉丝的瞬时电流分布与太赫兹波的传播相位，进而影响激光拉丝的太赫兹辐射强度，使太赫兹辐射能量随气体密度的变化呈现非线性变化。该理论研究对激光拉丝物理过程的认知具有重要的参考意义。     

基于渡越-切伦科夫辐射原理太赫兹横向场频率特性的实验研究

基于渡越-切伦科夫辐射原理,单色飞秒激光脉冲聚焦到空气中形成等离子体进而辐射出径向偏振太赫兹波,径向偏振太赫兹波经过紧聚焦后在焦点处产生太赫兹波横向偏振分量。为了有效调控太赫兹横向分量的频率分布和振幅特性,首先,通过理论分析太赫兹横向场分量在外加电压下的分布规律,给出不同角度的外加电压对太赫兹横向场频率强度的影响。然后,采用对等离子体施加外部电场的方法,得到一个最佳的纵向电场角度产生高强度太赫兹横向偏振分量。对发展太赫兹波特性的基础研究以及太赫兹技术的应用具有重要的参考意义。     

基于返波管的葡萄糖太赫兹光谱研究

搭建了一套以返波振荡器(BWO)为辐射源的太赫兹透射式系统。通过高莱探测器、数字锁相放大器等完成测试信号的探测和存储,在LabVIEW编程环境下,完成配合系统硬件工作的软件平台的编写,利用VISA模块实现对下位机的参数设置以及数据采集工作。利用这套系统进行了单频和扫频实验,分别测试了不同葡萄糖溶液浓度的透过率。结果表明,葡萄糖溶液对太赫兹波有透过特征峰,不同浓度葡萄糖溶液对太赫兹波的吸收不一样。该研究为以后基于BWO的太赫兹生物传感器研究提供了参考。     

连续太赫兹波成像系统检测酚醛泡沫材料中的缺陷

主要研究连续太赫兹成像系统检测不透明酚醛泡沫材料中的缺陷。在酚醛泡沫中插入不同直径的铁丝,然后利用透过泡沫的信号强度变化来检测泡沫内部的铁丝,实验结果能探到的最小铁丝直径为0.4mm。表明连续太赫兹波成像技术在探测不透明酚醛泡沫材料内部缺陷方面具有很大的应用前景。     

基于单层超表面的双频太赫兹波线偏振变圆偏振转换器

提出了一种基于单层超表面的双频太赫兹波线偏振变圆偏振转换器。该偏振转换器采用两个不同尺寸的十字型金属缝阵列结构形成两个线偏振变圆偏振转换频点,从而实现双频的太赫兹波线偏振变圆偏振转换。计算结果表明,设计的偏振转换器能在0.760THz和1.068THz将一束线偏振太赫兹波转换为圆偏振太赫兹波。该双频的线偏振变圆偏振转换器仅由单层的超表面组成,结构简单易于制备,因而为操控电磁波和设计新颖的太赫兹波器件提供了参照。     

介质透镜操控光电导天线辐射太赫兹波的研究

飞秒激光驱动的太赫兹 (terahertz, THz) 光电导天线是THz时域谱系统中常用的THz源,受全向辐射模式的影响,该光电导天线的天线主瓣小,方向性差。对波束的有效操控将有助于提高光电导天线的发射效率。以低温生长的砷化镓 (LT-GaAs) 作为天线基底材料,通过电磁仿真软件CST对蝶形天线辐射THz波的电磁分布特性进行仿真,研究了介质透镜对蝶形天线辐射出的THz波的操控。通过对透镜扩展厚度的理论与数值分析,得出一定频率下的最佳透镜扩展厚度值。仿真结果表明：随着频率的提高,蝶形天线在加载更小扩展厚度的硅透镜时可获得更好的方向性。     

A unified terahertz radiation source based on a backward-wave tube

A unified terahertz radiation source based on backward-wave tubes is described. The device is intended for performing spectroscopic studies of condensed media, gases, and plasma in the frequency range 0.18–1.50 THz. The advantage of this design is the actual development of a terahertz radiation source with continuously tuned oscillation frequency in a wide range. No analogues of this instrument exist. Its schematic design is presented and individual functional units are described. The output radiation power is 0.5 mW–0.5 W, and the frequency range is 0.18–1.50 THz.     

Note: stacked rings for terahertz wave-guiding

We demonstrate the construction of corrugated waveguides using stacked rings to propagate terahertz frequencies. The waveguide allows propagation of the same fundamental mode as an optical-fiber, namely, the HE(11) mode. This simple concept opens the way for corrugated wave-guides up to several terahertz, maintaining beam characteristics as for terahertz applications.     

基于狭缝波导的太赫兹场限制能力及频带宽度的研究

狭缝波导由于具有将光场限制在中间空气狭缝区域中传输的特性,使其可用来提高太赫兹集成器件的性能。为了分析狭缝波导结构的太赫兹场的传输特性,利用二维有限时域差分法(COMSOL-光学模块)得到了硅材质的狭缝波导在波长为450μm时的太赫兹场的传输模式和频带宽度,并获得了狭缝波导结构参数与狭缝区域太赫兹场限制能力的关系以及与频带宽度的关系。研究结果为太赫兹狭缝波导的设计提供了参考。     

Note: Coherent detection of terahertz radiation employing a continuous wave optical parametric source

The combination of an all-optical terahertz source with a photoconductive antenna to achieve coherent detection is presented. This approach aims to overcome the frequency limits introduced by optoelectronic terahertz sources commonly used. Here the Gaussian-shaped and linearly polarized terahertz waves are generated by a continuous wave optical parametric oscillator with a power of 3 μW at 1.4 THz. The infrared signal light of the optical parametric oscillator can be used to coherently detect the generated terahertz wave with a photoconductive antenna. As a proof-of-principle experiment we determine the thickness profile of a plastic lens using phase shifting interferometry.     

Fast scanning of a pulsed terahertz signal using an oscillating optical delay line

We describe a fast measurement of a pulsed terahertz signal generated by a femtosecond laser and a photoconductive antenna using an oscillating optical delay line. The method to measure the amplitude of the retroreflector in the oscillating optical delay line is proposed and the displacement of the retroreflector is exactly calculated to acquire the optical delay time in the fast scan mode. With the different oscillation frequency and amplitude of the retroreflector, the pulsed terahertz signals are measured and analyzed. The comparison of the temporal waveform and frequency spectrum between the fast scan mode and the slow scan mode shows a good agreement with the decrease in the scanning time from 60 to 1 s at a signal to noise ratio of 430.     

基于石墨烯太赫兹调制器的研究

利用石墨烯的电导率可以通过电压调节的特性,研究了一种基于单层石墨烯的太赫兹调制器。为了提高太赫兹-石墨烯相互作用强度,调制器采用一种石墨烯-金属复合结构。全波电磁数值仿真结果表明,在反射工作模式下,该器件在3.5 THz的调制深度大于90%。采用平面半导体工艺,实现了调制器原型器件,并对其反射谱进行了测试,实验数据与仿真结果相符,这为以后实现高质量的太赫兹调制器奠定了基础。     

宽频太赫兹减反增透器件研究进展

介绍了国内外宽频太赫兹减反增透器件的研究进展以及在基于高阻硅衬底的聚苯乙烯上用热压印法制备出的一种减反结构。利用这一减反结构制备出的减反器件的透射率比传统的结构要增加近20%,在基于高阻硅衬底的高折射率纳米复合材料(TiO2-COP)上,经热压印后的减反器件在1.02THz处的透过率为64.9%。最后简要地介绍了太赫兹减反增透器件的实际应用。