基于半导体的可调谐太赫兹滤波器研究

太赫兹滤波器在通信、传感、成像等领域有着广泛的应用。提出了一个基于半导体材料砷化镓的周期性微结构可调谐太赫兹滤波器,并对半导体材料的电介质特性以及微结构的太赫兹滤波特性进行模拟研究。提出了基于光栅结构的太赫兹滤波器,用CST软件时域有限差分法(FDTD)进行模拟仿真,0.1~5.0THz频段的太赫兹波垂直入射光栅表面,在225~325K范围内可获得工作频率为0.35~1.51 THz,1.16 THz的滤波带宽,同时保持透过率在85%以上,这对太赫兹滤波器的滤波带宽和透过率的提升具有重大意义。     

基于金属阵列等离子体共振增强的太赫兹光电导天线设计

针对传统太赫兹光电导天线输出功率较低的问题,设计了一种基于金属阵列等离子体共振增强的太赫兹光电导天线,以提高太赫兹光电导天线的输出功率。通过对电磁波和半导体的物理场进行了理论分析,并建立了太赫兹光电导天线模型,利用COMSOL多物理场有限元软件进行了仿真实验研究。仿真计算了金属阵列等离子体共振增强结构不同周期宽度与高度下半导体基底对800 nm激光的光吸收量,得到了一种优化的金属阵列等离子体共振增强结构,然后计算该结构的太赫兹光电导天线的光电流,同时仿真计算了传统太赫兹光电导天线的光电流。研究结果表明:设计得到的金属阵列等离子体共振增强太赫兹光电导天线比传统太赫兹光电导天线光电流增强了约20倍,为等离子体共振增强的太赫兹光电导天线提供了依据。     

太赫兹波纹喇叭制造工艺技术实验研究

传输太赫兹(Terahertz,THz)波的馈源结构的特征尺寸在亚毫米量级,且精度要求高.波纹喇叭馈源结构具有良好的电讯特性,但内腔结构复杂,制造难度大.针对太赫兹波纹喇叭的具体结构和技术要求,对微细加工和微电铸工艺技术进行了调研和分析,给出了一种利用这些技术的太赫兹波纹喇叭的精密成形工艺方案.开展了内腔筋宽为0.1 mm的波纹结构的工艺实验,为太赫兹波纹喇叭的精密成形提供了有益的工艺方法和工程经验.     

一种基于FSS的太赫兹滤波器特性分析

基于太赫兹频段,为研究太赫兹滤波器的滤波特性,提出了一种基于频率选择表面(FSS)的反射型偏振太赫兹滤波器.通过分析不同旋转角度的滤波器透过性,得出该结构的滤波器具有中心反射率高,谐振频率拓展范围大等优点.优化计算结果表明,当FSS结构设计成不同的旋转角度时,可将中心频率控制在0.58～0.72 THz(动态可调范围约...     

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。     

太赫兹近场光学亚表面检测技术研究

研究了太赫兹散射式扫描近场光学显微镜（Terahertz scattering-type scanning near-field optical microscopy,THz s-SNOM）对亚表面金属微纳结构的显微成像检测。首次采用自主搭建的THz s-SNOM系统对表面覆盖了六方氮化硼薄膜的金微米线进行太赫兹近场显微测量,获得了具有纳米量级空间分辨率和较高对比度的近场显微图。结合全波数值模拟,分析了THz s-SNOM探测亚表面金属微纳结构的空间分辨率、近场散射信号强度和成像对比度。研究表明,THz s-SNOM具有优良的亚表面显微成像检测能力,可应用于微纳电子器件的亚表面结构表征和缺陷检测。     

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。     

真空环境下空气的太赫兹光谱痕量检测

本文采用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)测试分析了不同压强(10--4～103mbar)的空气在0.2～1.5THz频段下的太赫兹光谱.实验表明,透过空气的太赫兹波与参考信号相比有显著的时间延迟和振幅衰减,并且其在0.55THz、0.75THz、1.1THz、1.2THz、1.4THz处出现吸收峰,这与水蒸气对太赫兹波的吸收峰位相一致.随着气体压强的减少,时域信号振幅衰减和时间延迟减少.而气体折射率几乎不随频率变化,但却随着压强的减小而减小.这说明THz-TDS技术能够灵敏的分辨真空环境下压强的变化,并且能对空气中痕量的极性气体灵敏的响应,可以应用于真空环境中的痕量气体检测以及环境监测等.     

周期性结构的石墨烯对太赫兹波的吸收特性研究

针对在六角孔形周期性结构阵列铜网上生长而成的石墨烯,对其在太赫兹波段的吸收进行了研究与讨论。用太赫兹时域光谱耦合系统对石墨烯样品进行检测,检测结果表明,在0.7~1.4THz范围内,因石墨烯样品含有的杂质增强了对太赫兹波的吸收,进而增大了整体的吸收率,所以片状石墨烯样品的吸收率约为4%,比以往文献中记载的2.3%高。因部分太赫兹波被石墨烯周期性结构形成的等离子带吸收,还有少部分太赫兹波被周期性结构干涉和散射,周期性结构石墨烯的吸收率增大了约1.5倍。     

太赫兹光致力近场显微成像技术及应用研究

设计并搭建了太赫兹光致力显微成像系统(THz PiFM),首次在太赫兹波段实现了近场光力纳米显微成像测量。该系统基于原子力显微镜,利用探针对所受力的灵敏检测能力,通过探测探针与样品之间近场偶极相互作用产生的光场梯度力,实现无探测器的太赫兹近场显微成像。利用该系统,对可见光激发下的单层MoS₂晶粒进行了近场纳米显微成像表征,并分析了晶粒边缘近场光力信号增强的机制。研究结果表明,THz PiFM对二维材料中的载流子具有高灵敏的探测能力。与传统的太赫兹近场显微成像技术相比,THz PiFM无需太赫兹探测器,而且可获得更加优越的空间分辨率和成像信噪比,是一种低成本、高性能的新型太赫兹近场显微成像技术。     

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.     

堆叠型太赫兹通信透镜天线设计

为了提高太赫兹通信天线的增益和定向性,提出了"井"字堆叠型透镜天线。该透镜天线工作在太赫兹第一大气传播窗口内,由初级馈源天线和透镜两部分构成。设计了角锥喇叭天线作为透镜天线的初级馈源;根据菲涅耳-基尔霍夫衍射理论和傍轴近似条件设计了"井"字堆叠型透镜用于聚焦太赫兹波,并分析了透镜结构在平面波入射时的聚焦场分布。利用控制变量法分析了透镜天线的全波周期和焦径比等结构参数对其远场辐射性能的影响。对所设计的透镜天线进行了实物加工和测试。实验结果表明:"井"字堆叠型透镜天线的加工和组装工艺简便,具有对称的辐射模式,在320~380GHz的工作频段内的增益高于26.4dB,3dB主瓣宽度低于4.8°,基本满足太赫兹通信系统对天线的高增益和强定向性等要求。     

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.     

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。     

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。     

基于太赫兹光谱的天冬氨酸结构分析及鉴定

太赫兹时域光谱技术（THz-TDS）是一种新的远红外波段光谱测量技术,对化合物结构上的微小差异变化十分敏感,因此成为物质分析与检测的新型方法。文章基于太赫兹时域光谱技术的测定方法,在氮气环境中考察不同来源天冬氨酸在太赫兹波段的吸收特性,并结合差示扫描量热仪（DSC）和傅立叶变换红外光谱仪（FITR）进一步验证THz测定结果的有效性。实验结果表明,用太赫兹时域光谱技术可以清楚地分辨出不同结构天冬氨酸的差异,方法简单,快速,准确。     

爆炸性物质的太赫兹(THz)光谱分析

介绍了利用自由空间电光取样方法对爆炸性物质进行太赫兹（THz）频段的时间分辨光谱测量.得到了四种爆炸性材料的透射光谱,得出了它们在THz频段的光学特性.DNT（2,4-二硝基甲苯）在此频段有特征吸收峰,经过钝化的RDX（黑索今）在0.6-0.9THz之间吸收明显增强;而HMX（奥克托金）和TNT（2,4,6-三硝基甲苯）磷状结晶片对THz波的吸收较小,在0.4-1.2THz的频率范围内折射率不随频率发生显著改变.研究这四种常见的爆炸物特征谱线及在THz波段的光学参数,对于建立爆炸物材料THz波段指纹谱数据库和检测环境中危险物质,排除安全隐患具有重要意义.     

Hot-electron bolometer terahertz mixers for the Herschel Space Observatory

We report on low noise terahertz mixers (1.4-1.9 THz) developed for the heterodyne spectrometer onboard the Herschel Space Observatory. The mixers employ double slot antenna integrated superconducting hot-electron bolometers (HEBs) made of thin NbN films. The mixer performance was characterized in terms of detection sensitivity across the entire rf band by using a Fourier transform spectrometer (from 0.5 to 2.5 THz, with 30 GHz resolution) and also by measuring the mixer noise temperature at a limited number of discrete frequencies. The lowest mixer noise temperature recorded was 750 K [double sideband (DSB)] at 1.6 THz and 950 K DSB at 1.9 THz local oscillator (LO) frequencies. Averaged across the intermediate frequency band of 2.4-4.8 GHz, the mixer noise temperature was 1100 K DSB at 1.6 THz and 1450 K DSB at 1.9 THz LO frequencies. The HEB heterodyne receiver stability has been analyzed and compared to the HEB stability in the direct detection mode. The optimal local oscillator power was determined and found to be in a 200-500 nW range.