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。     

原油超声处理的太赫兹时域光谱分析

基于太赫兹时域光谱技术研究了经过超声处理的两种原油在0.1～1.4 THz波段的光学性质,得到了样品的吸收谱和折射率谱发现经过不同时间超声作用的原油,其太赫兹光谱曲线变化显著,说明样品的结构组成分子在能级共振位置上,均出现了不同的吸收和折射特性.太赫兹时域光谱可作为波形分析技术为原油超声处理时超声强度、频率、作用时间等参数的选择提供理论依据.     

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。     

甲醇气体的太赫兹时域波谱研究

为了探究甲醇气体在太赫兹波段的共振特性,利用太赫兹时域光谱对甲醇气体进行了测量,得到了其时域波形,观测到了自由感应衰变这一现象。根据朗博-比尔定律对气体吸收谱的计算得到转动谱线间隔,并对自由感应衰变这一现象进行了深入的解释,这些结果对于太赫兹波段的气体检测、分析和识别具有参考价值。     

低温条件下汽车发动机润滑油的太赫兹时域光谱研究

采用太赫兹时域光谱技术研究润滑油的低温性能。在自建的透射式太赫兹时域光谱系统上,检测几种润滑油在-40~0 ℃间的太赫兹时域谱,并通过对太赫兹时域谱的处理得到润滑油的吸收系数和折射率。结果表明,低温导致润滑油中烃类物质结晶析出,使得润滑油黏度增大并且丧失流动性;温度降低对润滑油的影响在太赫兹时域光谱图中表现为时间延迟增大,温度与时间延迟表现出一定规律性;温度降低导致润滑油折射率增大,吸收系数增大,折射率与温度变化也呈现出相关性。研究证明太赫兹时域光谱技术能十分有效地检测温度变化对润滑油的影响,可用于研究润滑油的低温性能。     

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。     

基于太赫兹时域光谱的汽车发动机油低温性能研究

采用太赫兹时域光谱技术研究润滑油的低温性能。在自建的透射式太赫兹时域光谱系统上,检测几种润滑油在-40~0℃间的太赫兹时域谱,并通过对太赫兹时域谱的处理得到润滑油的吸收系数和折射率。结果表明,低温导致润滑油中烃类物质结晶析出,使得润滑油黏度增大并且丧失流动性;温度降低对润滑油的影响在太赫兹时域光谱图中表现为时间延迟增大,温度与时间延迟表现出一定规律性;温度降低导致润滑油折射率增大,吸收系数增大,折射率与温度变化也呈现出相关性。研究证明太赫兹时域光谱技术能十分有效地检测温度变化对润滑油的影响,可用于研究润滑油的低温性能。     

几种加氢裂化催化剂的太赫兹光谱研究

采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)方法,本文研究了几种Y型加氢裂化催化剂(NaY、ReY、USY和HY)在0.2-1.2THz频段的光谱特性.与此同时,对其中的NaY分子筛进行了加热处理,测量了其经过不同温度处理后的太赫兹时域光谱.通过快速傅里叶变换,分别得到了不同种类和不同温度处理后催化剂的太赫兹吸收谱和折射率谱.研究结果表明,太赫兹时域光谱技术既能用于催化剂的种类鉴别和性能表征,又能给出不同温度下催化剂本身内部结构变化对应的太赫兹光谱响应.本研究工作的展开,证明了太赫兹方法用于催化剂性质表征的可行性,对太赫兹技术在催化领域的应用具有一定的指导意义.     

双层样本中界面对太赫兹时域光谱的影响研究

针对多层样本中界面对太赫兹时域光谱的影响问题,利用太赫兹时域光谱测试了由不同粒径制成的单、双层沙粒压片,获得了单、双层压片样本的太赫兹时域谱。结果表明,双层样本的单位厚度太赫兹峰值衰减系数明显小于单层样本的单位厚度衰减系数。因此,在研究双层样品太赫兹光谱响应时应添加某个系数以消除由样品的界面反射影响,且该系数与材料的特性有关。     

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。所提出的阶梯式传输线不仅能够承载宽带太赫兹波传输,而且能够实现传输线入口和出口的波场出射方向不变。仿真结果表明,在从SIW到矩形波导再到SIW的结构中,波导具有良好的传输性能,其中在WR-4.3波段,传输的相对带宽为54%,S11参数值小于-10 dB,传输线插入损耗在190～230 GHz频率范围内小于1.2 dB。因此,所提出的传输线可用于太赫兹波的远距离传输,并为解决太赫兹多站成像系统中的器件尺寸与波长级的成像中心距离之间的矛盾提供了参考。     

Electromechanical properties of individual single-walled carbon nanotubes grown on focused-ion-beam patterned substrates

The combined capabilities of focused-ion-beam (FIB) nano-patterning and transmission electron microscope characterization have been employed to measure the electromechanical resonance of individual single-walled carbon nanotubes (SWNTs). Suspended and isolated SWNTs of length up to 7 μm were grown on FIB-patterned molybdenum substrates. The Young's modulus of a 5 nm diameter SWNT is found to be E=1.34±0.06 TPa, which is deduced from the measured resonance frequency based on the elastic beam theory. The patterned substrates help locate the nanostructure effectively, allowing the same structure to be inspected after multiple processing steps.     

Electron diffraction analysis of individual single-walled carbon nanotubes

We present a detailed electron diffraction study of individual single-walled carbon nanotubes. A novel sample preparation procedure provides well-separated, long and straight individual single-shell nanotubes. Diffraction experiments are carried out at 60 kV, below the threshold for knock-on damage in carbon nanotubes. We describe experimental parameters that allow single-tube electron diffraction experiments with widely available thermal emission transmission electron microscopes. Further, we review the simulation of diffraction patterns for these objects.     

多信道二维光子晶体滤波器

根据光波模在光子晶体线缺陷波导和环形谐振腔之间的耦合原理,在二维三角晶格光子晶体中设计了一款由线缺陷主波导、环形谐振腔、60°弯下载波导组成的多信道下载滤波器。利用平面波展开方法计算了完整光子晶体及线缺陷波导的能带结构;基于时域有限差分方法计算了各目标频率光信号在器件中的传输特性,分析了影响器件耦合效率的因素并对其进行了改进。分析表明:通过改变环形谐振腔内介质柱的半径可以调节光子晶体环形谐振腔的谐振频率,而改变线缺陷主波导与环形谐振腔之间耦合区域中介质柱的形状以及将直下载波导改换成60°弯下载波导可以提高线缺陷主波导、60°弯波导与环形谐振腔之间的耦合效率。计算结果显示:优化后的多信道二维光子晶体滤波器具备优良的选频功能,各目标频率光信号的透射率均达90%以上。与传统半导体介质材料器件相比,该器件体积较小,结构简单,易于大规模集成,很有应用前景。     

Preparation and characterization of single-walled carbon nanotube/nylon 6, 6 nanocomposites

Morphological, thermal, mechanical, and solvent uptake was characterized for neat nylon 6, 6 and functionalized single-walled carbon nanotube/nylon 6, 6. Single-walled carbon nanotubes were functionalized by acid which introduced carboxyl groups on the nanotubes. Scanning electron micrographs of the fractured surfaces of the nanocomposites suggested that the functionalized single-walled carbon nanotubes were dispersed and embedded within the nylon 6, 6 polymer matrix. Polarized optical micrographs showed that the size of spherulites of the nanocomposites decreased, which may be due to nucleation of the carbon nanotubes. Thermogravimetric analysis showed that the stability of the functionalized single-walled carbon nanotubes/nylon 6, 6 nanocomposites was higher by 28–35°C than neat nylon 6, 6. The uptake of solvent by the functionalized single-walled carbon nanotube/nylon 6, 6 was lower than the neat nylon 6, 6, which may be due to the hydrophobic nature of functionalized single-walled carbon nanotubes and their interaction with the polymer.     

四通道二维光子晶体解波分复用系统

利用光子晶体环形腔缺陷模与线缺陷波导之间的共振耦合原理,设计了一种由主波导、环形腔和60°弯波导组成的四通道二维三角晶格光子晶体解波分复用系统。通过平面波展开法计算线缺陷波导的能带结构;利用时域有限差分法(FTDT)计算了不同频率的光波在该系统中的传输特性。最后,分析了影响输出效率和品质因子的因素并对该系统进行了改进。分析表明:改变环形腔内介质柱的半径可调节谐振频率,而在主波导末端增加反射介质柱以及改变耦合区域中介质柱的形状可提高各通道的谐振频率光波的透射率。计算结果显示:该系统较好地实现了4个波长的解波分复用,透射率均达90%以上。另外,该系统结构简单,便于加工制造,且体积小,有利于大规模集成。     

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.