二维正方晶格光控太赫兹波调制器

提出了一种基于二维正方晶格光子晶体的光控太赫兹波调制器.该光子晶体调制器采用线缺陷和点缺陷组合的结构,通过在点缺陷处填充非线性介质砷化镓,使其成为光控可调谐光子晶体.当没有外加泵浦光时,点缺陷处存在缺陷模;当在缺陷处加一定光强和波长的光波时,缺陷处的缺陷模消失.基于这种机制,此器件可实现对某一波长的太赫兹波实现通、断调...     

基于光子晶体的太赫兹波波分复用器件的设计

设计了一种基于二维硅光子晶体的太赫兹波波分复用器件.该光子晶体器件采用点、线缺陷组合的结构,数对不同大小的点缺陷分别放置在线缺陷侧面的相应位置.根据描述谐振腔与波导之间耦合问题的耦合模理论,当太赫兹波在器件中传播时点线缺陷中的电磁波模式之间将发生相互耦合.基于这种机制.器件可以通过设置不同大小的点缺陷将相应谐振波长的太赫兹波下载下来.仿真结果表明,器件体积小巧、易于集成,信道平均间隔大约为0.5岬,并且各信道的下载效率均高于90%.     

太赫兹频段复杂目标雷达散射截面测量与验证

针对太赫兹频段范围内对复杂目标的雷达散射截面(radar cross section,RCS)测量存在系统信噪比低,测量精度低,测量能力难以满足需求;复杂目标RCS理论求解困难,测量数据分析缺乏理论支撑,难以有效评估测量结果及系统性能问题,搭建一个基于矢量网络分析仪的微波倍频太赫兹RCS测量系统,该系统可以产生多个频段的太赫兹波,实现多频段复用.该系统的信号在频率、幅值和相位上具有较好的稳定性,有望提高RCS的测量精度.利用该系统对复杂目标模型(吉普车和卫星)在220 GHz和440GHz频段下进行测量(方位角0°～360°,俯仰角0°),并采用不同方法 (与计算值比对、计算模型对称部位测量值差值)对系统测量性能进行分析验证.结果表明,该系统能够在太赫兹频段实现对复杂目标散射特性的测量,可用于太赫兹雷达系统及太赫兹频段缩比测量的研究.     

定制非周期极化LiNbO3中多频率THz波的产生

描述一种非周期极化结构晶体中多频率太赫兹辐射波的产生.在此非周期结构的LiNbO3,超晶格中,基于飞秒脉冲二阶非线性光学整流效应,模拟多频率模式的太赫兹波形.通过选择最佳畴宽度,得到转换效率基本相等的3个主要太赫兹频率模式.该方法对多频率模式的个数无限制,且有助于多频率激光器中超晶格晶体的设计.     

宽带太赫兹波光束轮廓和频率分布特性(英文)

利用刀口法在透射式太赫兹时域光谱系统中对脉冲太赫兹波的光束轮廓和能量的轴向分布进行测量.通过快速傅里叶变换,可以获得太赫兹脉冲的频率分布.实验结果显示,脉冲太赫兹光斑的能量符合高斯分布.实验测量到的太赫兹光斑大小与理论基本吻合,证明刀口法可用于宽带激光光束测量.该结果为太赫兹成像以及太赫兹技术在其他领域的应用奠定了基础.     

一种高反射率窄带太赫兹反射滤光片的设计方法

利用一维光子晶体中的Fano共振会使反射谱线呈现尖锐共振峰这一特性,提出了一种太赫兹频率的窄带高反射率反射滤光片的设计方法。实际上,一维光子晶体平面可作为一种具有较宽频率范围的准光学元件,即太赫兹波段的滤光片,因其具有较长工作波长更加易于制备。采用成本较低的材料结构模拟了太赫兹窄带滤光片的反射谱线,其频谱宽度仅为千兆赫数量级。给出了测量指定泄漏模和衍射波光色散曲线中心频率的方法,同时利用薄膜效应实现了谱线的对称响应与旁带抑制。设计了一个角度可调谐的斜入射共振滤光片,通过模拟得到其峰值频率的位移与入射角度呈线性关系。     

太赫兹频率编码器

提出T形结构太赫兹频率编码器,其由初始相位值相同、相位灵敏度不同的4种同一形态、尺寸不一的T形编码超表面单元构成.利用预先设计的编码序列,实现对太赫兹波1 bit、2 bit编码和非周期太赫兹频率编码.无需重新设计编码器结构,仅通过改变工作频率,就可灵活控制反射太赫兹波的方向,理论计算与软件仿真结果吻合.提出的太赫兹频率编码器对反射太赫兹波主瓣能量具有很好的分散作用,能有效减少雷达散射截面.该器件在太赫兹波隐身中具有巨大应用价值.     

基于TDLAS-WMS的高灵敏度电子鼻传感器设计

为了对痕量有害气体(甲烷为例)进行非接触式检测,本文基于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)与波长调制光谱(WMS)相结合的检测技术,采用中心波长为7.5μm的量子级联激光器(QCL),设计并研制出高灵敏度电子鼻传感器系统.在室温条件下,通过调节QCL注入电流,使其发光光谱扫过甲烷(CH4)气体吸收谱线.同时采用紧凑型herriott气室(长度为40 cm,容积为800 m L),使得系统总光程达到16 m.利用该传感器系统,对不同浓度的CH4进行测量,结果显示,测量相对误差小于7%,检测下限为1×10~(-9).同时,研究人员可以通过更换其他激射波长的QCL,实现对其它有害气体的检测.     

四能级AlGaN/GaN量子级联激光器性能的影响因素研究

在研究了三能级Al Ga N/Ga N量子级联激光器性能影响因素的理论之上,进一步采用了严格的计算方法对此材料量子级联激光器的四能级系统实现太赫兹波的辐射进行了可能性分析.利用传递矩阵法,计算得到了基于Al Ga N/Ga N材料的四能级量子级联激光器体系中的导带电子子能级与波函数的分布,详细地分析了Al Ga N/Ga N材料所特有的极化效应所产生的极化场,得出了在近共振条件下外加电场、垒层Al组分及导带子能级能级差之间的关系,并研究了它们对激光器性能的影响.分析结果表明,实现受激辐射的条件非常严格,Al组分取0.15,同时外加电场取57 k V/cm时,对激光器的性能较为有利,可以为激光器构造较好的有源区.     

微结构光纤表面等离子体共振传感器研究

采用有限元法模拟微结构光纤表面等离子体共振传感器.计算其共振波长和强度,为证实表面等离子体共振的产生,对比不同位置处传导模的分布.环形大孔中液体样品的折射率提高后,共振波长向长波移动,且共振峰值强度增大.该微结构光纤表面等离子体传感器对折射率变化的灵敏度达到10-4.     

太赫兹与水的相互作用:机理、应用和新趋势

自21世纪以来,太赫兹技术因受到世界各国的重视和扶持而取得迅猛发展.介绍液态水分子网络在太赫兹波段的振动和弛豫模式,以及太赫兹波与水分子之间相互作用的原理.评述基于此机理太赫兹在生物医学,尤其是关于癌症检测领域的发展与挑战,介绍了本课题组目前开展的工作.展望围绕太赫兹波与水相互作用产生的新研究与新技术.     

基于VO_2薄膜的太赫兹可调超表面结构

利用二氧化钒薄膜的绝缘-金属相变特性,在硅基片上设计并制备了一种电压控制的超表面调制器件,研究在太赫兹频率范围内超表面器件的透射特性和电控可调谐特性.实验结果表明,当太赫兹波垂直入射可调超表面器件表面时,器件的透射谱线在0. 31 THz处达到最高峰值;而当电压从0 V加至8 V时,器件的透射率明显降低,在0. 41 THz处峰值最低;在0. 2～0. 6 THz整个波段内,调制深度最大可以达到59%;而通过对器件施加电压,可以实现在两种不同谐振状态之间的可控,并产生对太赫兹透射率的调制.该实验结果对太赫兹可调超表面的研究发展具有重要意义.     

太赫兹波及其在毒品检测中的应用

详细介绍了利用光导天线、光整流和光学参量振荡器产生太赫兹波,以及利用电光效应和光导偶极天线探测太赫兹波的方法.重点介绍了太赫兹时域光谱技术和成像技术在毒品检测及识别方面的研究成果.说明太赫兹波应用于毒品检测和识别是可行的、有意义的.     

量子点- 表面等离子波导耦合系统中的双带单向无反射现象

研究了由两个V型三能级量子点与表面等离子波导耦合构成的非厄米量子系统中的单向无反射现象.研究表明,通过适当地调节两个量子点的共振波长和量子点与等离子波导之间的耦合强度,在系统的异常点处可获得双带单向无反射,且其双带单向低反射可在较宽的波长范围内实现.     

LD端面抽运1.3μm双波长激光器研究

对双波长激光器的研究有助于改良通过差频方式产生的太赫兹辐射。太赫兹在医疗诊断、物理成像、环境监测等方面应用广泛,近年来成为国内外的研究热点。首先通过键合Nd：YAG晶体产生1319nm和1338nm双波长激光进行理论分析,并在此基础上开展了实验,获得了5.94W的双波长激光输出,激光斜效率19.8%,光束质量因子M 2=1.39。     

一种超高速太赫兹测试信号产生器的设计

太赫兹通信系统具有极高的数据率特性,对测试环境提出巨大挑战.本研究实现一种伪随机二进制序列(pseudo-random bit sequence,PRBS)发生器,能够支持正交相移编码(quadrature phase shift keying,QPSK)调制模式,实现在QPSK调制模式下高达40 Gbit/s码率的数据率输出,为太赫兹频带的通信系统应用测试环境提供必要条件.该PRBS发生器采用交叉存取的拓扑结构和高速数据选择器,延迟单元采用电流模式逻辑电路结构以保证高频工作情况下具有良好性能.电路采用标准40 nm互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor,CMOS)工艺,版图面积为0. 25×0. 15 mm2. PRBS产生器在电源电压为1. 0 V下功耗为37. 5 m W.该技术可解决太赫兹高速数据测试的瓶颈问题.     

0.24 THz带状注行波放大管交错栅慢波结构研究

大功率和宽频带是太赫兹放大器追求的两个核心指标,基于交错栅慢波结构的带状注行波管兼具两者,是一种非常有竞争力的太赫兹放大器.研究交错栅慢波结构的色散特性、耦合阻抗特性、传输反射特性以及注波互作用特性,通过优化结构参数以及引入介质衰减器,实现该管宽频带内的大功率稳定输出.仿真结果表明,该管在220～260 GHz的输出功率可达105 W以上.所做工作为研究宽频带和大功率太赫兹放大管奠定良好基础.     

反射式连续波太赫兹成像系统(英文)

采用1.89 THz的连续太赫兹波作为光源,124×124像素的热释电相机作为探测器,论证两种加入及未加入分光片的简易太赫兹反射成像装置.为评估这两套系统的性能,分别利用其对一枚人民币5角硬币进行成像.实验结果表明,与没有插入分光片的系统相比,插入分光片的系统可解决成像畸变问题,成像质量较高.     

太赫兹频率上转换成像器件研究

太赫兹成像器件是太赫兹技术应用的关键之一.研制一种由分子束外延技术堆叠生长太赫兹量子阱探测器和近红外发光二极管制成的THz频率上转换成像器件,其45°入射角耦合器件峰值探测频率为5. 2 THz,峰值响应率为0. 22 A/W,噪声等效功率为5. 2×1012W/Hz0. 5,可实现对太赫兹量子级联激光器光斑的清晰成像;研制的金属光栅耦合器件可实现正入射成像,有效减小成像图形畸变,并且有利于制备大面积器件.阐述器件的工作原理、制备方法、基本性能和成像性能,并对器件电流-电压特性、成像质量、成像畸变原因等问题进行讨论.该器件利用无像素成像技术,无需低温读数电路,无需阵列倒装封装,为THz成像技术提供一种简便、高性能的途径.     

基于光子晶体慢波结构的太赫兹返波管研究

研究了一种光子晶体的慢波结构,通过对该结构的色散、场分布和粒子模拟计算,设计和仿真了一个0.28-THz的带状注返波管。在阴极电流密度仅10 A/cm2(最小可低于6 A/cm2),电压12.5 kV,磁场0.5 T的情况下,该结构通过与带状电子注浸没式互作用,输出功率为435 mW。在此基础上,采用了LIGA加工技术制备了该慢波结构。研究表明,光子晶体结构能有效提高互作用效率和降低起振电流密度,有效提高太赫兹真空电子器件阴极的使用寿命,是提高太赫兹真空辐射源性能的一种有效途径。