太赫兹可调谐滤波器设计

为了实现太赫兹信号的可调谐滤波，设计了一种基于柔性材料的太赫兹可调谐滤波器。通过扭曲特氟龙（Teflon）波导形成环型谐振器，实现了160～200 GHz频段的带阻滤波功能。改变谐振腔长可实现自由频谱范围（FSR）和滤波频点的调谐，实验测试了自由频谱范围在1.9 GHz和2.8 GHz间切换以及相应的滤波特性。研究表明，谐振腔长一定时，改变弯曲半径可实现滤波阻带抑制度的调节，柔性材料太赫兹环型谐振器可用于可调谐滤波，且具有较高的自由度。     

基于太赫兹光谱的人参和西洋参鉴别

为了快速区分人参和西洋参，依据两者所含的人参皂苷在太赫兹波段具有不同指纹光谱，提出了一种基于人参皂苷的太赫兹光谱鉴别人参和西洋参的方法。采用MATLAB软件识别人参和西洋参的太赫兹光谱，同时根据太赫兹光谱特征并通过标准的主成分分析(PCA)区分出人参、西洋参。实验结果表明，基于太赫兹光谱的主成分分析可精确区分出人参、西洋参，并且还可以应用于其他类似物质的区分中。     

多层圆片级堆叠THz硅微波导结构的制作

基于微电子机械系统(MEMS)工艺,提出一种多层圆片堆叠的THz硅微波导结构及其制作方法。为了验证该结构在制作THz无源器件中的优势,基于6层圆片堆叠的硅微波导结构,设计了一种中心频率365 GHz、带宽80 GHz的功率分配/合成结构,并对其进行了仿真。研究了制作该结构的工艺流程,攻克了工艺过程中的关键技术,包括硅深槽刻蚀技术和多层热压键合技术,并给出了工艺结果。最终实现了多层圆片堆叠功率分配/合成结构的工艺制作和测试。测试结果表明,尽管样品的插入损耗较仿真值增加3 dB左右,考虑到加工误差和夹具损耗等情况,样品主要技术指标与设计值较为一致。     

宇宙线缪子散射成像模拟与算法研究

本文验证了基于Micromegas探测器的宇宙线缪子散射成像系统进行快速核材料检测的可行性，并对实验室宇宙线缪子成像系统原型进行参数估算。基于Geant4程序开发了用于模拟宇宙线缪子物理过程、传输径迹及Micromegas探测器响应的模拟程序。在模拟数据的基础上，实现并改进了两种主要的宇宙线缪子散射成像算法。根据模拟和成像结果，1 m×1 m成像系统可在10 min内检测到被重元素屏蔽的核材料。10 cm×10 cm成像系统的缪子事例触发率为0.16 s^-1，要获得较为清晰的成像结果，要求探测器位置分辨率达到300 μm，探测器增益为1 000时实际测量事例至少需要20 h。     

基于超材料的无标记光学生物传感

超材料(metamaterials)因为能够在亚波长尺度范围内精细调控电磁波而受到人们广泛关注。超材料具有丰富的电磁模态,在表面支持高度局域场增强且对周围介电环境极其敏感,可应用于无标记光学生物传感领域。与传统光学生物传感器相比,超材料生物传感器具有小型化、集成化、高度灵敏、多功能可定制等突出优点。本文总结了近年来超材料生物传感器在可见光、近红外、中红外以及太赫兹波段的研究进展,包括折射率生物传感、表面增强拉曼散射、表面增强红外吸收和太赫兹生物传感等。     

A Terahertz Video Camera Patch Sheet with an Adjustable Design based on Self-Aligned, 2D,Suspended Sensor Array Patterning

Terahertz (THz) imaging is expected to become powerful tools for non-destructive inspections. To ensure the practical use of THz non-destructive monitoring, versatile THz imagers with adjustable designs that can eliminate the complexities and the bulkiness of the device are urgently required. Herein, a self-aligned filtration process for a 2D, free-standing carbon nanotube film array and its application to a THz video camera patch are reported. The presented techniques enable a) to freely design the camera size, sensor array pattern, and suspended shape according to its applications, b) to cut the camera patch into desired shapes, and c) to attach them to the objects that are intended to be measured. Real-time, non-destructive monitoring of various infrastructures is demonstrated. These results indicate that it can function regardless of restrictions, such as the shapes and locations of the measurement samples, thus providing a strong possibility for use in future non-destructive sensor networks.     

用于厚屏蔽小探测器的蒙特卡罗模拟减方差方法研究

反应堆屏蔽计算中经常出现厚屏蔽、小探测器问题，常规蒙特卡罗方法难以有效解决。基于自动重要抽样（AIS）方法，本文提出了小探测器自动重要抽样(SDAIS)方法，并针对小探测器问题，优化了AIS方法的虚粒子赌分裂算法。该方法在自主开发的蒙特卡罗屏蔽程序MCShield上进行了实现。使用NUREG/CR-6115 PWR基准题验证该方法的正确性和计算效率。结果表明，SDAIS方法可有效地解决厚屏蔽小探测器问题，相比AIS方法及传统的重要性方法，计算效率提升1~2个量级。     

一种基于MEMS工艺的365 GHz硅微波导垂直转接结构

基于微电子机械系统(MEMS)工艺设计并制作了一种THz垂直转接结构,该结构采用6层硅片堆叠的硅微波导形式。理论分析计算了垂直转接结构的参数,并使用三维电磁场分析软件HFSS对该结构进行了模拟仿真。设计得到了中心频率为365 GHz、带宽为80 GHz、芯片尺寸为10 mm×7 mm×2.7 mm的THz垂直转接结构。给出了一套基于MEMS工艺的硅微波导的制作流程,制作了365 GHz垂直转接结构并对其进行测试。获得的THz垂直转接结构的回波损耗随频率变化的测试结果与仿真结果基本一致。采用MEMS工艺制作的硅微波导垂直转接结构具有精度高、一致性好、成本低的特点,满足THz器件的发展需求。     

A large-grain-size thick-film polycrystalline diamond detector for x-ray detection

A diamond film with a size of 6 × 6 × 0.5 mm³ is fabricated by electron-assisted chemical vapor deposition. Raman spectrum analysis, x-ray diffraction and scanning electron microscope images confirm the high purity and large grain size, which is larger than 300 μm. Its resistivity is higher than ${10}^{12}\,{\rm{\Omega }}\cdot {\rm{cm}}.$ Interlaced-finger electrodes are imprinted onto the diamond film to develop an x-ray detector. Ohmic contact is confirmed by checking the linearity of its current–voltage curve. The dark current is lower than 0.1 nA under an electric field of 30 kV cm⁻¹. The time response is 220 ps. The sensitivity is about 125 mA W⁻¹ under a biasing voltage of 100 V. A good linear radiation dose rate is also confirmed. This diamond detector is used to measure x-ray on a Z-pinch, which has a double-layer 'nested tungsten wire array'. The pronounced peaks in the measured waveform clearly characterize the x-ray bursts, which proves the performance of this diamond detector.     

基于几何相位的线偏振聚焦超表面器件

设计出基于几何相位的介质超表面实现线偏振光聚焦功能。该设计打破了传统设计中几何相位(Pancharatnam-Berry phase)的手性限制,不再是局限于左旋圆偏振光(LCP)和右旋圆偏振光(RCP)入射。通过有限时域差分仿真来证明这种线偏振聚焦相位调控的特性。该类功能器件可能用于设计新颖的THz元器件、高分辨成像、功能探测等方面。