太赫兹行波管级联倍频器

太赫兹行波管(TWT)级联倍频器基于行波管非线性互作用后电子注中的谐波电流,利用行波管和级联谐波系统组成的倍频器获得电磁波倍频放大。以 W 波段行波管二倍频器为例,对器件的正确性和可行性进行验证。利用微波管模拟器套装(MTSS)软件对设计的倍频器进行三维非线性互作用模拟,结果显示,级联了二次谐波系统的 W 波段行波管倍频器与其他工作在140 GHz~220 GHz 波段的小型太赫兹辐射源相比较,具有优越的性能：谐波输出功率在8 GHz 范围内大于2 W,转换增益大于37 dB。利用 CST公司的粒子工作室软件进行三维粒子注波互作用模拟,结果显示,太赫兹行波管级联倍频器作为潜在的太赫兹源具有高功率、宽频带和高实用化的特点。     

太赫兹倍频器研究进展

太赫兹CMOS电路具有小型化、与大规模硅基工艺兼容的特点,非常适合未来太赫兹通信以及5G通信的应用。本文以太赫兹CMOS本振电路为切入点,调研了国际和国内的最新CMOS倍频器电路结构,在此基础上,对推推(push-push)倍频器、注入锁定倍频器以及混频倍频器的电路结构和特点进行了详细介绍。通过对以上几种倍频器的分析对比,总结了不同的倍频器在实际应用中的优缺点,为太赫兹射频前端小型化实际应用奠定基础。     

基于肖特基二极管的太赫兹二倍频器设计

固态倍频器是太赫兹源应用中的关键器件,如何利用非线性器件提高太赫兹倍频器件的效率是设计太赫兹固态电路的关键。本文介绍了利用肖特基二极管非线性特性设计固态太赫兹二倍频器的2种方法,即采用直接阻抗匹配和传输模式匹配设计了2种不同拓扑结构的170 GHz二倍频器,针对设计的结构模型,分别进行三维有限元电磁仿真和非线性谐波平衡仿真。仿真结果表明,在17 dBm输入功率的驱动下,倍频器在160 GHz~180 GHz输出频率范围内,倍频效率在15%左右,输出功率大于7 mW。最后对2种方法设计的倍频器结构进行了简单对比和分析,为今后太赫兹倍频研究和设计提供仿真方法。     

太赫兹场作用下半导体超晶格的动力学过程及光吸收谱研究

基于激子基,采用密度矩阵理论研究了太赫兹场作用下半导体超晶格的子带间动力学过程及光吸收谱。在太赫兹场的驱动下,激子作布洛赫振荡。子带间极化的缓慢变化依赖于太赫兹频率,随着太赫兹频率的增加,子带间极化向下振荡,极化强度降低。以 和 两种超晶格为例进行研究,它们的光吸收谱出现了卫星峰结构,这是由于太赫兹场与万尼尔斯塔克阶梯激子作用的非线性效应产生的。但是就 与 超晶格相比而言,我们研究发现,n<0的激子态与n=0的激子态耦合作用较强使得光吸收谱吻合性较好,n＝0时的激子态吸收光谱出现红移,n>0的激子态光吸收谱中出现的边带效应不是很明显。     

基于平面肖特基二极管的太赫兹频段倍频器的研究

基于研究肖特基变容二极管的半导体层结构分析与建模,通过研究太赫兹平面肖特基势全二极管半导体材料的 物理层结构,分析二极管结构的电磁效应及其频率响应特性。研究D 频段变容二极管高效率倍频器技术,在太赫兹频段 倍频器的性能对整个接收机的性能有着至关重要的影响。要实现高频率,高功率,宽频带,高效率,低噪声太赫兹倍频 技术是太赫兹技术领域的核心研究方向之一。研究基肖特基二极管倍频器的关键技术,分析了国内外现状及发展动态。     

太赫兹快速成像技术

随着太赫兹成像技术的快速发展,太赫兹成像研究过程中对测试系统提出了大带宽、高性能、通用性强及使用 灵活性高等要求,针对这一需求,提出了用通用测试仪器构建太赫兹成像系统的思路：充分利用了通用仪器频率覆盖宽、 指标高、通用性强等特点,使得构建的系统指标更高;充分利用了毫米波扩频模块的标准化、模块化设计思路,可实现 成像系统测试频段的灵活更换。利用构建的成像系统进行的成像试验结果验证了方法的可行性,能够满足太赫兹成像研 究人员快捷方便构建高性能成像系统的要求。     

GaAs/AlN异构集成太赫兹倍频器芯片

针对太赫兹GaAs肖特基二极管倍频器芯片散热能力差导致输出功率低的问题,开展了GaAs/AlN异构集成太赫兹倍频器芯片研究。通过稳态热仿真发现,将肖特基二极管芯片衬底由GaAs替换为热导率更高的AlN可以降低结温。对芯片衬底替换工艺开展了研究,获得了GaAs/AlN异构集成太赫兹二极管。分别对基于GaAs衬底二极管和基于GaAs/AlN异构集成二极管的162 GHz倍频器开展功率性能测试对比。测试结果表明:装配GaAs衬底二极管的倍频器输入功率为200 mW时,输出功率最高为43.6 mW;而装配GaAs/AlN异构集成二极管的倍频器输入功率提高到316 mW,输出功率为72.4 mW。肖特基二极管由GaAs衬底替换为AlN衬底后耐受功率(输入功率)提高了约58%,倍频效率由21.8%提升至22.9%,输出功率也相应提升,验证了相比GaAs衬底肖特基二极管,GaAs/AlN异构集成太赫兹二极管的散热性能及耐受功率具有明显的优越性。     

太赫兹行波管倍频器用金刚石输能窗研究

本文主要研究一种太赫兹行波管倍频器的输能系统,采用双频分路输能窗方案,分别对W波段基波和太赫兹谐波盒型窗进行了设计.利用MPCVD设备研制了RF级金刚石窗片材料,并对窗片的制备、金属化及窗的封接工艺进行了研究.研制出了基波系统金刚石窗,测试结果显示,在28 GHz频带内电压驻波比小于1.3,传输损耗小于0.5dB,已在W波段行波管中得到了实际应用;谐波输能窗已完成了设计.     

半导体基全光太赫兹空间调制器研究进展

太赫兹（THz）技术在下一代移动通信技术、雷达成像技术、物质波谱识别、大气遥感和射电天文学等领域有着广泛的应用前景,其中,能够主动调控太赫兹波幅度、相位和频率等特性的调控器件已成为影响太赫兹技术实际应用的关键器件之一。空间光太赫兹调制器（STM）作为一种典型的空间型波前调控器件,在波束偏转、波束扫描、特殊波束赋形,甚至相控阵技术等方面有着重要的应用。总结、分析和归纳了近年来电控STM和光控STM的主要研究进展,重点介绍了实现技术更简单、工艺成本更低的半导体基全光STM。详细总结了这种全光STM的调制机制和计算模型,系统总结了基于全光STM实现的太赫兹功能器件以及在太赫兹成像技术中的最新研究进展,讨论了全光STM存在的局限,并针对改善调制效率、降低器件插入损耗、提高激光利用率等方面提出多种新型器件结构。最后,对全光STM未来的发展趋势进行了展望。     

基于肖特基势垒二极管的太赫兹固态倍频源和检测器研制

本文基于GaAs肖特基势垒二极管以及混合集成电路工艺,对太赫兹固态倍频和检测技术开展了研究.文章结合肖特基势垒二极管物理结构,采用电磁场仿真软件和电路仿真软件相结合的综合分析方法,对各模块电路进行优化设计,研制出了高倍频效率的倍频源和高灵敏度的检测器(检波器和谐波混频器).0.15THz检波器测得最高检波电压灵敏度1600mV/mW,在0.11~0.17THz灵敏度典型值为600mV/mW,切线灵敏度优于-29dBm.0.15THz二倍频器测得最高倍频效率7.5%,在0.1474~0.152THz效率典型值为6.0%.0.18THz二倍频器测得最高倍频效率14.8%,在0.15~0.2THz效率典型值为8.0%.0.15THz谐波混频器测得最低变频损耗10.7dB,在0.135~0.165THz变频损耗典型值为12.5dB.0.18THz谐波混频器测得最低变频损耗5.8dB,在0.165~0.2THz变频损耗典型值为13.5dB,在0.21~0.24THz变频损耗典型值为11.5dB.     

基于薄膜工艺的1 030 GHz混频器和750~1 100 GHz倍频器研制

基于南京电子器件研究所砷化镓工艺线,自主完成了750~1 100 GHz全频带三倍频器以及中心频率为1 030 GHz的低损耗二次谐波混频器的研制。为了提升模块的性能,将传统的场路结合的设计方法进行了扩展,引入器件的参数优化,并建立起两者互为反馈的关系,从而达到整个设计过程的闭环。研制出的单片电路厚度为3 μm,并通过梁氏引线支撑悬置于腔体结构中。测试结果表明宽带倍频器在790~1 100 GHz频率范围内输出功率为-23~-11 dBm。以上述倍频源作为射频信号对二次谐波混频器进行测试,在1 020~1 044 GHz频率范围内变频损耗优于17.5 dB,在1 030 GHz处测得的最小变频损耗为14.5 dB。     

随机层厚分布的半导体超晶格光荧光对温度的依赖关系

本文提出热激活辐射过程和Berthelot-型的非辐射复合过程互相竞争的简单模型解释无序半导体超晶格的光荧光随温度变化行为,预言了当温度升高荧光衰变时间在某一温度附近快速下降;获得了高温时较大无序度的半导体超晶格比较小无序度的半导体超晶格荧光强,在低温时情况相反;且荧光峰随温度变化存在一个最大值。理论结果与实验观察到的无序半导体超晶格荧光行为一致。     

具有超晶格缓冲层的量子阱激光器的研制

在衬底表面制作超晶格缓冲层可以有效地掩埋体材料的缺陷，使阈值电流大幅度降低，光功率成倍增长。所研制出的量子阱激光器室温脉冲平均线性光功率大于２０ｍＷ（未镀反射膜），波长为７７８ｎｍ，最低阈值电流为３０ｍＡ，阈值电流密度为４００～６００Ａ／ｃｍ２，谱线宽度为５ｎｍ。     

超晶格半导体材料的光磁电效应(Ⅰ)

从Shockley-read统计出发,引入载流子寿命与浓度的相关性,描述了超晶格半导体载流子的输运特征,将载流子的输运方程化为二阶非线性方程,并用双参数摄动法找到了方程的一般解.在二阶近似下,计算了半导体材料的短路电流和光导电流,进一步揭示了大信号情况下光磁电效应的非线性特征.     

超晶格半导体材料的光磁电效应(I)

从Shockley-read统计出发，引入载流子寿命与浓度的相关性，描述了超晶格半导体载流子的输运特征，将载流子的输运方程化为二阶非线性方程，并用双参数摄动法找到了方程的一般解.在二阶近似下，计算了半导体材料的短路电流和光导电流，进一步揭示了大信号情况下光磁电效应的非线性特征.     

太赫兹信号发生与接收技术

论文重点论述了固态太赫兹信号发生和接收技术,太赫兹信号发生采用倍频级联的方案,重点解决了倍频器的 压缩点、驱动功率和倍频效率等三个方面的问题,实现了频率覆盖500GHz 的大功率信号发生。信号接收采用了分谐波 混频的方案,通过构建二极管模型,利用超薄微带电路,实现了混频电路的一体化设计,完成了宽带、低变频损耗的分 谐波混频器,频率覆盖至500GHz。     

半导体超晶格研究与相关学科领域发展的关系

半导体超晶格研究是凝聚态物理学中一个极其活跃的前沿和半导体科学技术发展史上一颗璀璨的明珠。它的确立、研究与发展 ,不仅对现代电子信息科技 ,而且对低维体系物理、新型材料科学和纳米科学技术的发展都产生了革命性的影响。今天 ,在崭新的 2 1世纪来临之际 ,通过重温它的发展历程和总结它的发展规律 ,无论对当代基础科学研究 ,还是对现代高新技术的发展 ,都具有重要的指导意义和宝贵的借鉴价值。     

用MATLAB直接计算超晶格透射系数的一种简捷方法

在计算超晶格的透射系数时,根据势阱与势垒界面的连续性条件,将界面两侧的波函数展开为一个以矩阵方程描述的线性方程组,利用MATLAB提供的矩阵左除命令,即可获得超晶格的透射系数。与其他方法例如递推法、转移矩阵法相比,该方法不需要花费较多精力编程,具有概念简单、使用方便、实用性强等特点。     

微波倍频电路的设计

论述微波倍频器的基本设计原理及一种S波段三倍频电路的设计方法.实验结果表明,用这种方法设计的倍频电路,除损失理论上的相位噪声外,几乎不附加噪声,同时倍频效率也比较高.因此,在研制低相噪频率综合器时,采用这种倍频器是非常有用的.