应用于THz波的非对称双开口环传输特性研究

设计并制备了一种适用于太赫兹波段的非对称双开口环结构,数值仿真和实验测量了其传输性质.结果表明,垂直极化时样品在低频的0.540 THz和0.925 THz处存在谐振点,来源于左右两开口环的LC谐振,电流和电场分布主要集中在两开口环的开口处;而在高频处(1.885THz)谐振点的表面电流具有相反的两个环流方向,电流和电场分布于整个样品表面,此处的谐振来源于两开口环耦合后的偶极子谐振.当太赫兹波平行极化该样品时,原来两个低频的LC谐振消失.实验测量结果与数值仿真具有很好的一致性.此结构超材料的传输特性研究对太赫兹波调制器、滤波器、吸收器及偏振器等器件设计和制备具有一定的指导意义.     

基于超材料结构的高Q太赫兹滤波器

在半导体微纳工艺基础上研究了基于镜像非对称结构超材料太赫兹(THz)滤波器的性能。通过时域有限差分理论,模拟分析了滤波器工作频率下太赫兹电场强度和电流密度在微结构的分布,并阐述了微结构太赫兹波电磁共振的机理。基于太赫兹滤波器电磁损耗机制和微纳加工工艺条件,设计并优化器件开口环结构,使相邻开口环中产生电磁场的干涉相消,减少太赫兹辐射损耗,提高品质因子Q值。采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统测试了滤波器的太赫兹透射特性,实验结果表明,在工作频率0.923 THz下,镜像非对称结构的平面太赫兹滤波器品质因子达到12.5。同时,研究了太赫兹电场方向对滤波器性能的影响。高Q太赫兹滤波器的研制为制备高速太赫兹电调制器等太赫兹器件提供了重要的实验依据。     

可调控太赫兹吸收器调制方法

设计了一种窗棂夕阳图案太赫兹超材料吸收器。利用这种图形,从超材料太赫兹吸收器结构出发,分别通过改变顶层图案几何尺寸、中间层电介质厚度、顶层图案开口处的硅电导变化率等,设计可调控太赫兹波双频、三频、四频吸收器。重点分析了顶层图案开口处的硅电导率变化的可调控太赫兹波双频吸收器机理,其低频吸收峰吸收率由68. 7%增至99. 9%,同时低频吸收峰频率1. 043 THz红移至1. 005 THz,产生38 GHz偏移,可以实现连续频率调谐。并提出进一步深入研究本课题的建议。     

单缝双环结构超材料太赫兹波调制器

超材料指的是一些具有人工设计的结构,并呈现出自然材料所不具备的超常物理性质,它能够以一种新奇的方式实现对电磁波的调控。文中理论研究了单缝双环结构超材料太赫兹调制器的调制机理,运用等效电路法及微分方程法求解出调制器的共振频率与调制器本身几何参数的一般数学表达式,并用Matlab 对不同调制频率情况下的几何参数进行了计算。运用CST（microwave studio）对调制器进行了理论模拟,数值模拟结果显示,该调制器频率在0.775 THz,0.95 THz 和1.65 THz 处共振吸收强度分别为70%,65%和68%,该结构调制器可以作为太赫兹波的调制器。     

源漏偏置电压对AlGaN/GaN HEMT太赫兹探测器灵敏度的调控

天线耦合的场效应晶体管(FET)太赫兹自混频探测器通常工作在零源漏偏压下,设置恰当的栅极电压可获得最佳的灵敏度.测试分析了天线耦合AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)太赫兹自混频探测器的源漏偏置电压对太赫兹自混频响应度和噪声的调控作用.研究结果表明,源漏偏置电压在增强响应度的同时也大幅度增强了探测器输出的噪...     

基于SRR的超材料太赫兹调制器结构设计与调制深度仿真

电磁超材料可用于构建具有控制太赫兹辐射通断功能的太赫兹强度调制器.利用COMSOL仿真软件,通过模拟仿真,研究了基于开口谐振环(SRR)“工字型”超材料太赫兹调制器关键功能结构对器件透射光谱的影响规律,并以此完成了高调制深度器件的结构优化设计.仿真结果表明:优化后器件调制深度达到了74％.     

基于场效应晶体管的太赫兹探测器中天线设计的一种有效方法

在场效应晶体管太赫兹探测器中,合理的天线设计可以增强晶体管和太赫兹波之间的耦合效率,从而提高太赫兹探测器的响应度.提出一种基于晶体管栅极边缘沟道电场的仿真来设计平面天线的方法.这种方法尤其适用于太赫兹波段晶体管输入阻抗不容易得到的情况.通过流片完成的基于氮化镓高电子迁移率晶体管的太赫兹探测器的响应度测试证实了这种方法的有效性.集成碟形天线和双偶极子天线的太赫兹探测器最大响应度分别在170.7 GHz(1568.4 V/W)和124.3 GHz(1047.2 V/W)频点处测得,这个测试结果接近基于晶体管栅极边缘沟道电场的仿真结果.     

基于场效应晶体管的太赫兹探测器中天线设计的一种有效方法（英文）

在场效应晶体管太赫兹探测器中,合理的天线设计可以增强晶体管和太赫兹波之间的耦合效率,从而提高太赫兹探测器的响应度.提出一种基于晶体管栅极边缘沟道电场的仿真来设计平面天线的方法.这种方法尤其适用于太赫兹波段晶体管输入阻抗不容易得到的情况.通过流片完成的基于氮化镓高电子迁移率晶体管的太赫兹探测器的响应度测试证实了这种方法的有效性.集成碟形天线和双偶极子天线的太赫兹探测器最大响应度分别在170.7 GHz(1568.4 V/W)和124.3 GHz(1047.2 V/W)频点处测得,这个测试结果接近基于晶体管栅极边缘沟道电场的仿真结果.     

光子晶体直接耦合结构双波长THz波调制器

THz波调制器是太赫兹波通信系统中的关键器件之一。提出了一种基于复式晶格光子晶体直接耦合结构的双波长THz波调制器。该调制器通过在一个点缺陷中引入非线性材料GaAs(砷化镓),可实现仅通过一个点缺陷对双波长THz波的光控调制。仿真结果表明:当两个不同的THz波入射时,调制器插入损耗小、消光比高、调制速率快。与同类侧耦合结构调制器相比,该调制器具有更高的消光比。     

超快激光成丝产生太赫兹波的研究

研究了超快激光脉冲成丝辐射太赫兹(Terahertz, THz)波.考虑到THz 波在安全检查和国防建设等方面具有十分重要的意义, 文中总结了超快激光成丝产生太赫兹波的物理机制和控制技术, 并对各种相关理论和技术进行了分析.文章从理论模型、偏振特性和远场角分布情况等方面来介绍物理机制, 并探讨为满足应用需求的控制技术, 主要包括强度、偏振和波形控制.研究表明, 超快激光成丝辐射太赫兹波的产生方式、理论模型和控制形式均有多种, 其中理论模型主要包括四波混频模型和光电流模型, 强度控制技术主要包括双色场泵浦和在光丝通道两侧施加偏压.     

A metamaterial terahertz modulator based on complementary planar double-split-ring resonator

A metamaterial based on complementary planar double-split-ring resonator (DSRR) structure is presented and demonstrated, which can optically tune the transmission of the terahertz (THz) wave. Unlike the traditional DSRR metamaterials, the DSRR discussed in this paper consists of two split rings connected by two bridges. Numerical simulations with the finite-difference time-domain (FDTD) method reveal that the transmission spectra of the original and the complementary metamaterials are both in good agreement with Babinet’s principle. Then by increasing the carrier density of the intrinsic GaAs substrate, the magnetic response of the complementary special DSRR metamaterial can be weakened or even turned off. This metamaterial structure is promised to be a narrow-band THz modulator with response time of several nanoseconds.     

太赫兹矩形波导与共面波导耦合结构设计

太赫兹（THz）波位于微波与红外光波之间,现有微波和光波段波导技术应用正在向THz波段拓展。但是,由于水汽对THz波的强吸收及制造工艺等原因,THz器件主要是平面结构,而THz源及其传输需要用矩形波导。因此,矩形波导与共面波导之间的转换结构成为决定元件和系统性能的关键部分。该设计利用脊波导进行阻抗匹配及电磁场模式转换,实现THz波矩形波导到共面波导的高效率耦合。结果表明,在0.2~0.4 THz频段内,该转换结构的传输系数(S₂₁)高于?3 dB,可以对THz电磁场进行高效率转换。该结果可用于太赫兹分子探测、太赫兹通信等领域,为0.2 THz以上太赫兹的模式转换提供了一种可行方案。     

Terahertz detector utilizing two-dimensional electronic fluid

We report on the first implementation of a terahertz detector utilizing two-dimensional (2-D) electronic fluid in a high electron mobility transistor (HEMT) operating at 2.5 THz. The terahertz radiation induced a dc drain-to-source voltage proportional to the radiation intensity. The measured dependencies of the detector responsivity on the gate bias are in good agreement with the gate bias dependence of the normalized responsivity predicted by the detector theory. This result shows the potential for developing a new family of electronics devices-plasma wave electronics devices-operating at terahertz frequencies     

Active Graphene-Based Terahertz Dual-Band Modulator Implemented in the Presence of External Fields

In this work, we numerically demonstrate a dynamic graphene-based dual-band metamaterial modulator (gDMM) in the presence of an external magnetic field and gate electric field. With the objective of modulating terahertz waves at two separate channels, we utilize the proposed dual-field control method to dynamically modulate the optical conductivity of graphene, and thus the working frequencies of the gDMM. An interpretation for such dependence on the external fields is presented based on a quantum understanding of the energy structure of graphene, and a numerical method based on the finite element method (FEM) is employed to investigate the optical responses of our proposed gDMM. Our results show that, by varying the strength of external fields, one can switch the operation status of the two working channels located at 3.18 THz and 9.04 THz, with modulation depths exceeding 84.4%. Only 30 meV of energy is required for shifting the Fermi level to accomplish the switch, which is extremely low compared with methods in previous works using gate electric control alone. Simultaneous ON/OFF statuses are also realized. Such great tunability and controllability of our proposed gDMM over a wide frequency range may give rise to a new class of dynamic devices for terahertz and microwave applications.     

Electromagnetically induced transparency in terahertz metamaterial based on two-bright-mode resonator

An electromagnetically induced transparency (EIT) in metamaterial resonator with two bright modes and one dark mode at the terahertz (THz) band is numerically and experimentally demonstrated. Different from two kinds of the traditional passive modulations, our design can realize the passive modulation of EIT phenomenon by adding another bright mode resonator. Simulated and experimental results show that the transmission peak varies for incident THz waves with different polarization directions due to its asymmetric structure, which provides a novel way to realize high efficiency switch and modulation.     

可用于农药传感的多带太赫兹超材料吸收器

多带太赫兹超材料吸收器是响应、操纵和调制太赫兹波的重要光子元件。本文基于周期性分裂环谐振器结构构建了一种多带太赫兹超材料吸收器。模拟和实验测试显示,在横磁(TM)极化情况下该超材料吸收器对0.918 THz和1.581 THz处的入射太赫兹波呈现出近似完美吸收。进一步,基于器件共振吸收峰的介电敏感特性,研究了负载不同浓度的多菌灵、三环唑、百草枯、塞苯隆4种农药溶液后超材料吸收器的传感性能,获得器件对4种农药的检测灵敏度分别为：1.06 GHz/ppm、0.65 GHz/ppm、0.67 GHz/ppm、2.07 GHz/ppm。结果表明该器件可实现对微量农药的传感检测,为今后食品质量安全控制提供了新的思路。     

Characterization of an Electrically Controlled Metamaterial Terahertz Modulator Using Dynamic Measurement Method

The characterization results of a typical electrically controlled metamaterial terahertz (THz) modulator obtained by the dynamic measurement method are presented and are in good agreement with the theoretical results predicted by a first-order model. The dynamic measurement method can characterize the modulation depth and modulation speed simultaneously. The reliability of the method is verified by terahertz time-domain spectroscopy (THz-TDS), and the current response method, which show that the more intuitive and comprehensive dynamic measurement method, can be used to characterize the electrically controlled metamaterial THz modulator accurately.     

基于石墨烯超材料的三频段可调谐完美吸收器

为进一步降低太赫兹频率下高性能调控器件的结构复杂度,提出一种三频段可调谐超材料完美吸收器.该吸收器由图案化的石墨烯层和经Si介质层隔开的Au接地平面组成,利用太赫兹下的石墨烯表面等离子体共振以及图案化石墨烯与电场耦合提供的电偶板子共振形成多个吸收峰.数值仿真结果表明,在0.489 THz、1.492 THz和2.437...