基于光热载流子调控的二维材料红外与太赫兹探测器研究进展

红外和太赫兹具有非常广阔的应用前景,在光谱学、成像、无线通信和遥感等领域发挥着越来越重要的作用。但是,由于红外、太赫兹波段的光子能量低,相关的探测遇到很大困难,所以实现高灵敏、高速和高稳定性的红外太赫兹探测是一个具有挑战性的工作。二维材料由于其高迁移率、带隙可调和表面悬挂键少等特点为红外太赫兹探测提供了新的机遇。基于光热载流子调控的二维材料红外、太赫兹探测器的发展方兴未艾。文中主要介绍了目前基于光热载流子调控的红外、太赫兹探测器的最新研究进展,将从材料、器件结构、响应波段和响应机理等方面展开。     

太赫兹新型探测器的研究进展及应用

太赫兹波由于其独特的光学和电学性质,在物理学、生物学、公共安全检查、局域通信、信息安全、环境监测、无损检测和国防科技等民用或军事领域都有着广阔的应用前景。太赫兹探测器作为太赫兹领域的核心器件,在太赫兹系统中扮演着重要角色。因此太赫兹探测器的性能,决定了太赫兹系统的应用市场。近年来,太赫兹探测器的发展已取得突破性的成果,但是太赫兹探测器还存在着一些普遍的问题,制冷的太赫兹探测器虽然有响应速率快和噪声等效功率低等优点,但是其紧凑性不好,并且成本较高。室温可工作的太赫兹探测器虽然不需要制冷环境,但是噪声等效功率偏大,灵敏度也不高。该综述从太赫兹探测器的制备材料和器件形式等方面,阐述了太赫兹探测器的发展现状及其应用领域。     

红外-太赫兹光电探测器应用及前沿变革趋势

自红外辐射被发现以来,科学家一直在努力将红外技术应用于地球观测、航天遥感和宇宙探索等领域。目前,第二、三代红外探测器已进入大规模应用,高端三代也在逐步突破,并随着材料制备技术、纳米加工技术、集成技术和相关交叉学科的发展,开始出现了具有前瞻性的新材料、新技术和新概念。红外-太赫兹探测器也开始由单一探测、被动探测和探测分立的传统探测器形式,逐渐走向多维探测、自主探测和智能化芯片集成的变革发展方向。在介绍光电探测器物理机制的基础上,概述了红外-太赫兹探测技术在天文遥感领域的应用与发展,重点综述了红外-太赫兹探测器有望出现变革式发展的三大方向,包括基于人工微结构的光场集成、基于三维堆叠技术的片上智能化和新型低维材料的应用,并展望了未来探测器向着超高性能、多维感知、智能化和感存算一体化的发展趋势。     

太赫兹滤波器

太赫兹技术在生物、国防以及基础研究等方面有重要的应用,要实现对太赫兹波技术的实际有效的应用,与之相关的太赫兹传导、滤波器件等功能器件至关重要.目前太赫兹滤波器结构主要基于二维光子晶体、超颖材料、表面等离子体等结构.就太赫兹滤波器的研究进展进行了总结,并对其今后的研究发展方向进行了分析.     

太赫兹波探测器技术研究进展

对现有的几种常见太赫兹探测技术进行了总结,介绍了探测太赫兹脉冲信号的THz-TDS技术、外差探测的相干探测技术以及基于热吸收的直接探测技术。分析了等离子波探测器相对于传统电子和光子探测器的优势,并重点介绍了以石墨烯为材料的新型太赫兹探测器的研究进展。     

太赫兹量子阱探测器研究进展

太赫兹量子阱探测器具有皮秒级的响应时间和1 GHz以上的高速调制性能,是太赫兹快速成像和高速无线通信应用领域非常有前景的探测器.文章综述了太赫兹量子阱探测器的探测原理和设计方法、器件主要性能指标和基于该探测器的应用技术研究进展.研究表明,基于太赫兹量子阱探测器的快速成像系统可以获得物体的细节信息,有望用于安全检查和无损...     

太赫兹成像雷达系统研究进展*

与微波雷达和光电探测器相比,太赫兹成像雷达具有高分辨率成像、穿透能力好等众多优势,是太赫 兹技术的重要应用方向之一。本文介绍了近年来国内外全固态太赫兹成像雷达系统方面的研究进展,指出太赫兹 成像雷达研究中的部分关键技术,为太赫兹成像雷达系统的应用发展提供参考。     

6G技术愿景与太赫兹通信电路研究进展

6G具有低延迟、低功耗、高容量、大规模等特点，太赫兹波凭借大带宽、高速率和低延时等优点，成为6G通信系统的候选技术之一，太赫兹电路是实现太赫兹通信系统的关键组件。介绍了6G技术的发展现状和未来有望实现的应用场景，以及利用二极管、晶体管等半导体技术的太赫兹电路的研究进展。目前，对于太赫兹电路的研究正朝着更高频段、更低损耗和更高效率的方向发展。     

人工微结构太赫兹传感器的研究进展

近年来,太赫兹技术得到迅速发展,在通信、反恐、检测和医药等领域展现了广泛的应用潜力。尤其是许多生物分子和材料在太赫兹波段存在特征的吸收光谱,而且太赫兹波能量低损伤小等特点,使得太赫兹生化传感器越来越受到关注。然而,由于太赫兹波的波长较长与生物分子等的尺寸差别非常大,导致相互作用比较弱,从而限制了太赫兹传感器的性能。通过微纳电磁结构对光场空间分布和频率分布的调控,增强太赫兹波传感器的灵敏度是当前的研究热点。文中将重点介绍各种微纳结构太赫兹传感技术的原理和研究现状,并通过梳理其发展趋势和当前的性能制约因素,讨论此方向将来的发展方向和应用前景。     

从光子学角度看太赫兹技术的现状和发展趋势

太赫兹技术是当前极具发展潜力的热点技术。太赫兹源、太赫兹探测器以及太赫兹应用研究是太赫兹技术的三大研究重点。本文分析了太赫兹技术在光谱探测、成像探测和通讯应用方面的需求情况,介绍了现有主要的太赫兹源产生方法和特点,以及太赫兹探测器的分类和常见太赫兹探测器,并以其相邻谱段红外探测器的发展历程以及太赫兹探测器的发展现状为参照,从光子学的角度分析了太赫兹探测器的发展趋势以及可能面临的技术困难。     

基于石墨烯材料的太赫兹波探测器研究进展

太赫兹波具有瞬态性、宽带性、穿透性和低能性等一系列独特性质,使其在材料研究、信息传递、环境检测、国防安全、医疗服务等方面展现了非常广阔的应用前景。作为该领域应用的关键,太赫兹探测器得到科研人员极大的重视。一般来讲,探测器的性能很大程度上依赖于基质材料的特性。石墨烯具有2个非常重要的优势,一是石墨烯具有线性能带结构,使得能够吸收太赫兹波;二是石墨烯具有超高载流子迁移率,能够进行超快探测。因此,石墨烯基有望成为太赫兹频段新一代高性能探测器的基质材料。详细综述了近几年关于石墨烯基太赫兹探测器的发展状况。     

2~4 μm中红外锑化物半导体激光器研究进展（特邀）

2~4 μm波段是非常重要的红外大气窗口,工作在这个波段的激光器在气体检测,医疗美容和工业加工领域具有十分巨大的应用价值。锑化物半导体材料低维结构具有窄禁带直接跃迁发光的独特优势,是实现中红外波段半导体激光器的理想材料体系。近年来,国内外锑化物半导体激光器研究不断取得重要进展,先后实现了量子阱发光的波长拓展、大功率单管和阵列激光器的室温连续激射,也实现了多波段的单模激光器的室温连续工作。锑化物半导体低维材料组分复杂、界面钝化性质特殊,材料外延和工艺制备技术难度较大。文中从锑化物半导体激光器的基本原理出发,综述了国内外研究现状,介绍了锑化物材料低维结构激光器的设计方案、关键制备技术的主要进展,分析了今后该类激光器性能优化的重点研发方向等。     

新型太赫兹光子晶体OAM光纤设计

太赫兹通信兼具微波通信和光波通信的优势,是解决通信容量紧缺难题的最有效技术手段之一。针对太赫兹波段吸收损耗严重及抗外在扰动差,难以支持长距传输问题,设计了一种基于环形光子晶体光纤(PCF)结构的新型太赫兹光纤。以现有常见材料作为光纤基底材质,通过创新光纤结构中空气孔排布方式,抵消材料高吸收损耗,以支持高性能轨道角动量(OAM)模式传输。选择最优参数,实现6个OAM模式群的高模式质量、低限制损耗和宽带宽的稳定传输。在0.2~0.9 THz宽波段内,实现模式纯度超过88.9%,限制损耗小于10^-7 dB/m。通过软件仿真实验设计,解决了太赫兹与OAM技术相结合的关键问题,为模分复用(MDM)技术在太赫兹通信系统的应用奠定了理论研究基础。     

高工作温度锑化物红外探测器研究进展

随着材料制备和器件工艺技术的进步,制冷型红外探测器向着体积小、重量轻、低功耗、高性能和低成本的目标迈进。锑化物材料因其自身特殊的能带结构以及优异的光学性能,在低暗电流和高工作温度应用方面有巨大的发展潜力,可满足多种应用场景的需求。因此,开展高工作温度锑化物红外探测器的研究,具有非常重要的意义。本文综述了高工作温度锑化物红外探测器的发展状况,并对未来的发展趋势进行了展望。     

太赫兹射频器件与集成技术研究

无线通信、探测感知、安全检测、人工智能等民用和国防电子信息技术的不断快速发展与演进,对太赫兹(0.1～1 THz)技术提出了越来越迫切的应用需求。太赫兹波段具有丰富的频谱带宽资源,其宽带特性可以支撑未来6G高速率通信、新一代高分辨雷达系统性能的实现。同时,太赫兹通信和探测必须克服高频率、短波长所带来的高传播路径衰减、激增的无源器件与互连损耗以及有源器件功率生成和效率难题。本文将回顾太赫兹射频器件与集成技术的发展现状,阐述上海交通大学团队通过新型无源、有源器件与天线及其先进封装等技术方法,整体提升太赫兹前端系统性能的相关研究进展。     

太赫兹波通信技术研究现状及展望

太赫兹波是介于微波与光波之间的尚未被完全开发利用的频段,基于太赫兹波的通信技术将是下一代通信技术的重点发展方向,并具有广阔的应用前景。首先介绍了太赫兹波通信的基本特性、太赫兹波通信系统的架构组成、以及太赫兹波通信的关键技术,然后对国内外太赫兹波通信的辐射源技术、信号调制技术、信号探测技术以及通信系统的研究进展情况进行了重点阐述,最后对太赫兹通信技术研发过程中面,l盏的困难进行了分析,并对未来太赫兹波通信技术的应用进行了展望。     

短波红外探测器的发展与应用（特邀）

短波红外波段作为“大气透过窗口”之一,探测器工作在该波段能获得目标更多的辐射能量。另外,短波红外对近室温目标的探测成像类似于可见光的反射式成像,一方面拥有中长波红外探测缺少的细节分辨能力,另一方面具有穿透烟雾进行成像等可见光探测不具备的能力。随着短波红外探测器在军事、民用领域的广泛应用,对短波红外探测器的性能、成本提出了更高的要求,InGaAs探测器由于高达约70%~90%的量子效率、室温下约8000 cm2/(V·s)的高迁移率,以及高灵敏度、高速响应、低成本的应用优势,是目前短波红外探测器的最佳选择。为了进一步扩展波长、提高分辨率、降低成本,发展了基于II类超晶格、胶体量子点、硅基材料等新材料和新工艺的短波红外探测器。文中对美国、法国、以色列、中国等国内外短波红外探测器的发展现状进行了归纳整理,对有关短波红外探测器的新材料和新工艺进行了报道,最后探讨分析了短波红外探测器的未来发展趋势。     

基于太赫兹技术的复合材料无损检测研究综述

随着高性能复合材料在航空航天和军事等高新领域的广泛应用,对其质量和性能检查的要求愈加引起重视,如何通过各种方法对复合材料进行无损检测成为近年来研究人员关注的热点和研究方向。太赫兹波量子能量低,对大多数非极性物质透明,因此使用太赫兹技术对复合材料进行无损检测有着独特的应用优势。本文基于太赫兹技术的特点,对太赫兹时域光谱和太赫兹成像技术的无损检测分别进行了详细的论述,并总结了目前复合材料的太赫兹无损检测技术发展趋势,最后对其发展前景进行了展望。