基于手性超材料的太赫兹波非对称传输的研究

为了研究人工电磁超材料的太赫兹波非对称传输特性,设计了一种基于双层连续U形结构的人工电磁超材料,并利用有限元法数值仿真技术研究分析了其非对称传输特性,结果表明在谐振频率为2.9 THz时非对称传输系数可达0.77,由此可知此结构在太赫兹波段具有较好的非对称传输特性;同时对其结构参数进行了优化,选取出合理的结构参数以获得优异的超材料性能。基于双层连续U形结构人工电磁超材料的太赫兹非对称传输器具有结构简单、成本低、制备容易等优点,对实现太赫兹滤波器、太赫兹开关等超材料功能器件具有重大意义。     

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.     

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。     

基于光诱导二氧化钒薄膜相变的太赫兹波调制材料研究

太赫兹技术在许多领域有非常广泛的应用前景,但高灵敏度的太赫兹探测和调制器件的缺乏限制了其应用范围,尤其是具备超快响应特性的太赫兹波调制器件更为缺乏。文中通过仿真模拟对基于二氧化钒(VO2)薄膜和超材料相结合的光激发快速主动式太赫兹波调制材料进行研究,发现通过改变二氧化钒薄膜厚度可以优化调制深度,改变材料周期结构参数可以改变太赫兹调制频率。这些结果为快速主动式太赫兹波调制器件的设计提供了思路。     

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.     

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.     

基于电子学的太赫兹辐射源

随着太赫兹科学与技术的发展,太赫兹辐射源研究受到越来越广泛的重视.本文对近年来常见的基于电子学的太赫兹辐射源进行综述,包括基于新型慢波结构真空电子器件的仿真设计与实验结果、基于电子回旋谐振脉塞的太赫兹辐射源和基于史密斯-帕塞尔效应的太赫兹辐射源的国内外研究近况,以及基于类等离子体光子晶体的太赫兹辐射源和固态太赫兹辐射源.对太赫兹辐射源在无线通信、成像探测、光谱探测和生物医学等方面的应用进行了展望.     

THz波在非均匀等离子体层中传播的FDTD分析

为了有效对抗等离子体隐身目标,采用Z变换时域有限差分法,结合实际情况,选取等离子体中电子密度分布为双曲函数分布,对不同太赫兹频率、不同电子碰撞频率下太赫兹波在非均匀等离子体中的传播情况进行了数值研究．数值计算结果表明,等离子体对太赫兹波没有吸收效应,说明太赫兹波能有效穿透等离子体层．     

基于太赫兹波段的三反变焦系统设计

太赫兹波段是指频率从0.1～10 THz,处于微波与红外波段之间.因其具有较强的穿透性、高效抑制背景噪声、良好的时间和空间相干性等特性,故在空间探测应用领域具有很大的潜力.相对透射变焦系统而言,反射变焦系统具有长焦距、大孔径、小体积、利于轻量化设计等优点,故在空间遥感探测领域被广泛使用.因此,设计太赫兹反射式变焦光学系统具有重要的意义和广泛的应用前景.以三级像差理论和矢量像差理论为基础,分别设计了太赫兹波段的共轴三反变焦系统与无遮拦三反变焦系统,焦距范围为300～1200 mm,成像波段为18～35μm,采用RTM-T01非制冷型太赫兹探测器.共轴三反变焦系统的视场角为0.3°～1.2°,系统在10 lp/mm处的MTF≥0.2;无遮拦三反变焦系统的视场角为2° ×2°～0.5° ×0.5°,系统在10 lp/mm处的MTF≥0.3.通过对两种设计结果的比较,可知由于共轴系统反射变焦系统存在遮拦,对增大视场具有局限性,因此,无遮拦反射变焦系统对于空间大视场高分辨探测具有重要应用价值.     

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.     

基于混合微腔的高效率太赫兹波产生

提出并研究基于回音壁共振模和表面等离子激元共振模的混合微腔太赫兹产生系统,运用有限元方法模拟实现了室温下11. 7 THz的太赫兹波产生,所获得的太赫兹波模体积小,超过衍射极限,亚波长局域使得Purcell因子达到7. 2×10~3(砷化镓中太赫兹波长的负三次方).研究表明,该结构的太赫兹波转化效率可达到量子极限(～5. 5%),太赫兹波的最高输出功率可达166. 3 m W.该系统可在室温下工作,转化效率接近量子极限,太赫兹输出功率较高,且易于光学集成.     

基于太赫兹信道测量的频角二维反射系数建模（英文）

太赫兹信道传播特性对太赫兹通信系统的设计、评估和优化至关重要。此外,反射在信道传播中起着重要作用。本文基于大量的信道测量工作,对太赫兹通道的反射系数进行研究。首先,建立从220GHz到320GHz的太赫兹信道测深平台,入射角范围从10°到80°。根据实测的传播损耗,分别计算玻璃、瓷砖、木板、石膏板和铝合金五种建筑材料的频率和入射角的反射系数。研究发现,由于缺乏与太赫兹相关的参数,导致非金属材料的菲涅耳模型无法成功地拟合实测数据。因此,通过改进菲涅耳模型与洛伦兹和德鲁德模型,提出一个频角二维反射系数模型。该模型表征了反射系数的频率和入射角,与实测数据的均方根误差较小。总的来说,这些结果对于太赫兹通道的建模做出贡献。     

一种8 Gsps模数转换器中的8B10B编码电路设计

根据JESD204B协议,设计了一种应用于8 Gsps 12 bit模数转换器(analog-to-digital,ADC)接口电路中的8B10B编码器。该编码器采用双字节并行实现方案将系统时钟由500 MHz降低至250 MHz,通过添加1 bit均衡指示位,使得极性信息先于编码结果产生,减少了极性计算与传递引起的延迟;使用负极性编码,减小对查找表资源的使用。实验结果表明,该编码器能够支持12.9 Gbps的最大通道传输速率,相比级联型编码器和单字节编码器数据传输速率更高。所设计的编码器能够满足8 Gsps 12 bit模数转换器的应用需求。     

利用片上超材料构建单芯片太赫兹双频吸波器

利用65 nm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺,设计了一种新的单芯片超材料结构太赫兹吸波器,面积约为0.60 mm×0.65 mm,包含75个吸波单元. 吸波单元图案采用CMOS工艺中顶层铜金属,厚度为3.2μm,设计为正八边形和正方形开口谐振环的组合结构;介质层由无掺杂硅玻璃、碳化硅、氮化硅等组成,厚度为9.02μm;介质层背面短线采用CMOS工艺中的第一层金属,厚度为0.2μm. 仿真结果表明,该吸波器在0.921THz、1.181THz 2个频率处达到最大吸收率,分别为 97.84%和 95.76%. 克服了采用砷化镓、薄膜工艺实现的太赫兹吸波器与CMOS工艺兼容问题,有利于在大规模集成电路中实现.     

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%.     

基于VO_2相变实现太赫兹波段宽带抗反射

提出利用VO_2薄膜匹配空气-介质界面,基于温度诱导VO_2的绝缘体-金属相变,实现太赫兹波段的宽带抗反射,并对温度依赖的宽带抗反射进行系统讨论.这一研究结果具有普适性,既适用于光学器件界面间的抗反射研究,也可用于微波波段的抗反射设计.     

多载频雷达通信综合化波形设计

为了减小作战平台体积和相互电磁干扰,雷达通信一体化设计成为一种有效选择.针对通信中已有成熟应用的正交多载频波形,分析了相同编码(IS)多载频相位编码(MCPC)和子载波编码循环移位MCPC作为雷达波形的模糊函数性能.在此基础上,提出用随机通信数据控制MCPC信号子载波相位编码移位位数的综合化波形设计方式,解决了随机性通信信号和确定性雷达信号的不兼容问题.对综合化波形模糊函数和通信效率的分析仿真表明,其雷达探测性能不劣于相同编码MCPC,且具有较高的通信传输效率.     

锥形纳米金属线太赫兹波聚焦特性研究

研究锥形金属线上太赫兹表面等离子激元的聚焦特性.计算传输过程中横截面上的场分布,得到环形焦斑宽度约为金属线半径的2.4倍.提出一种在锥形金属线上传输时,太赫兹表面等离子激元强度变化的求解方法,得出不同结构金属线上太赫兹波强度随传输距离增加的变化关系.     

多比特相位量化器的优化设计

雷达技术的进步，对多比特相位量化数字射频存贮提出要求，讨论相位量化数字频射存贮的关键器件-模型变换器（亦称相位量化器）的优化设计方法，以4bit相位量化为例，提出相位量化器的拓扑结构和编码方法，该拓扑结构具有对称性，消除负载不平衡对量化精度的影响，编码的目的在于减少贮频信道教，简化数字射频存贮的结构。     

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.