太赫兹波导传输中的模式稳定性

太赫兹波在基模波导中传输的欧姆损耗很大,因此在传输太赫兹波时经常采用过模传输的方式来降低传输损耗。但采用过模传输,会引起波导中传输模式的变化,因此如何保证传输中的模式稳定是过模传输中的重要问题。本文采用仿真与实验的方法,对220 GHz圆传输波导中的圆波导半径渐变情况下的模式稳定性进行了研究。结果表明,适当延长渐变波导长度,可以抑制模式耦合,保持单模传输。     

太赫兹过模传输线损耗研究

太赫兹波的频率较高,在波导传输中损耗较大。本文采用微扰法对太赫兹波在矩形波导和圆波导中传输时的损耗进行了理论分析,并对矩形波导与圆波导中不同频率,不同尺寸以及不同模式的衰减特性进行了比较,结果表明采用圆波导TEo。模传输可获得最小的衰减。     

太赫兹低损耗金刚石-无氧铜输能窗研究

本文首次开展太赫兹金刚石-无氧铜盒型输能窗研究,利用低损耗的无氧铜材料代替传统可伐合金材料,显著降低输能窗传输损耗、提高器件输出功率。为降低无氧铜与金刚石热膨胀系数严重不匹配造成的封接应力,提出一种多槽应力释放结构,将金刚石表面封接应力由210MPa减小至50MPa,小于金刚石与无氧铜组合抗拉件的平均封接强度116.2MPa。根据设计结果,开展金刚石-无氧铜输能窗封接试验,氦漏率≤1×10-11(Pa?m3)/ｓ,实现了气密封接。测试金刚石-无氧铜输能窗传输损耗为0.7dB,比采用金刚石-可伐输能窗的传输损耗减小2dB,即输出功率可以提高60%,为研制大功率太赫兹源奠定了重要关键技术基础。     

可弯曲的低损耗太赫兹波导研究进展

近年来,随着太赫兹(THz)时域光谱系统的发展,THz波导作为用于THz波传输的器件一直都是研究的重点,而寻找低损耗的材料和可弯曲的结构一直是研究人员的目标。介绍了THz时域光谱系统的现状,并总结了传统波导技术应用于THz领域时的一些不足之处。重点介绍了基于三种不同工作原理的新型THz波导,并对比了各自的优缺点,这三种原理分别是金属面反射、介质界面全反射以及反共振反射。最后简要介绍了可弯曲低损耗THz波导的应用现状及后续工作方向。     

金属膜对单介质板太赫兹波导传输特性的影响

理论分析了对称金属薄膜镀层对厚单介质板太赫兹波导TM模传输特性的影响,发现镀膜前后TM模损耗相差巨大,并且随太赫兹频率的增加TM模损耗差异会更大。对低损耗厚单介质板,金属膜对TM模损耗的影响不可忽视。进一步研究了镀膜对TM模模场分布的影响,发现镀膜前后厚单介质板内TM模模场分布显著不同。     

光子晶体太赫兹波导的损耗特性

提出了一种新型光子晶体太赫兹(THz)波导,该波导包层为硅介质中含有按三角形格子周期排列的空气孔,纤芯为有机材料聚乙烯(PE).应用平面波法(PWM)分析了这种光子晶体太赫兹波导的带隙结构,研究了空气填充率变化对光子带隙(PBG)结构的影响;然后应用频域有限差分法(FDFD)对不同参数太赫兹波导的损耗进行了计算.结果表明,这是一种适合太赫兹波传输的带隙效应波导,选择较高填充率,较大孔间距,较多周期结构层数可以得到较低的泄漏损耗,选取合适的参数损耗最低值可以达到1.5 dB/km.     

太赫兹波导研究进展

太赫兹技术在下一代通信、生物成像、质量监测等领域应用潜力巨大,高品质太赫兹波导的研制使轻量化、小型化太赫兹系统成为可能,是推动太赫兹技术发展的关键。本文根据不同基材,将太赫兹波导分为金属波导、聚合物波导及复合波导,对其发展情况进行梳理,并对太赫兹聚合物波导这种高柔性、低成本导波技术进行重点介绍,讨论其不同的导光机制;最后对太赫兹导波技术进行了总结,并针对制约太赫兹波导商品化推广应用的瓶颈问题进行了初步探讨。     

等离子体处理制备柔性低损耗ABS/Ag太赫兹空芯波导及其传输可靠性研究

等离子体处理ABS管提升了ABS/Ag镀层太赫兹空芯波导的性能。胶带法测试结果表明,等离子体处理后,银镀层的附着力由5级提升至2级。等离子体处理后的ABS管内表面银层的均匀性和致密度更高,高质量的银层有利于降低波导的损耗。未经等离子体处理的4.2 mm内径的ABS/Ag镀层空芯波导在0.3 THz和0.1 THz时的直线损耗分别为0.72 dB/m和1.47 dB/m,等离子体处理后其损耗分别降至0.70 dB/m和1.44 dB/m,且波导能够在冷热环境中稳定传输太赫兹波。等离子体处理后的样品在超过200小时的湿热老化和16次的高低温循环老化试验后直线损耗升高小于0.1 dB/m,而未经等离子体处理的样品的损耗升高大于1 dB/m。研究结果表明,等离子体处理后的ABS/Ag镀层太赫兹空芯波导损耗更低、传输可靠性更高、耐老化性更好,可用于构建下一代通信、传感及太赫兹成像系统等。     

低损耗太赫兹镀膜金属波导研究

在研究太赫兹波在镀膜二维平板金属波导传输时,损耗减小的机制和条件,发现只有TM 模式在大间隙的金属镀膜波导传播时,其损耗小于不镀膜的金属波导。利用射线光学方法分析波导尺寸、膜厚度以及膜折射率等参数对TM 模式损耗的影响,获得其损耗最低的优化结构参数。用转移矩阵理论对镀介质膜前后平板金属波导的损耗进行理论计算和分析,当介质为聚乙烯且厚度为0.06mm时,波导的损耗最小。所获结论对于太赫兹波导器件及太赫兹波低损耗波导研制具有较大的意义。     

不同行程下水蒸汽太赫兹传输特性

太赫兹波具有独特的性质和应用,却存在大气衰减等物理上的限制.由于太赫兹波在大气传输中主要衰减来自水蒸汽,文中采用太赫兹时域光谱技术,通过构建不同行程的太赫兹时域光谱系统(0.5m、1m、2m、3 m),在0.1~2.0 THz 频率范围内,分别对不同湿度的空气进行太赫兹时域光谱测量,获得了25 个水吸收峰和10 个太赫兹窗口.结果表明:随着传输行程或湿度的增加,吸收谱带被展宽、太赫兹窗口被压缩,为超宽谱太赫兹波的潜在应用提供依据.     

340 GHz返波振荡器输能窗的设计与实验

为340 GHz 返波振荡器设计了输能窗,并对其进行了设计分析及仿真模拟计算.计算结果表明,该窗在327 GHz-347 GHz 频段内的反射系数优于30 dB.对窗片进行金属化,焊接输能窗,封接出气密性良好的输能窗,对输能窗进行测试.测试结果表明,该窗在333 GHz-367 GHz频段内反射系数优于10 dB,其中,在336 GHz-344 GHz 频段内优于15 dB,传输损耗7 dB 左右.对模拟结果与实测结果的偏差进行了分析,为进一步优化输能窗奠定基础.     

太赫兹无线和有线融合通信技术的研究与展望

随着5G的移动互联及物联网相交织等新型业务的蓬勃发展,对未来通信系统传输容量、传输速度以及误码率等要求愈来愈高。介于毫米波与远红外光之间的太赫兹频段兼有微波和光波的特性,具有低量子能量、大带宽、良好的穿透性。近年来太赫兹通信系统成为研究热点之一,但太赫兹无线通信存在视距传播以及较大路径损耗缺点,太赫兹无线和有线融合传输则兼具两者优点。本文分析了光子太赫兹信号产生、光子太赫兹无线链路传输和光子太赫兹光纤链路传输过程中涉及的器件和技术,重点介绍了太赫兹有线传输的研究现状,并通过基于强度调制直接检测实现1.485 GBaud 350 GHz的1 m太赫兹光纤有线实时传输视频实验,展现了太赫兹有线传输巨大的发展潜力。     

介质金属膜波导在G波段和4.3THz的传输特性

制作了具有不同介质膜厚度的大口径柔性介质金属膜波导,测试了金属膜波导和介质金属膜波导在G波段、4. 3 THz和中远红外等频段的传输特性.结果表明,波导的传输损耗在G波段随介质膜厚的增加而增加,孔径2. 6mm的金属膜波导在160 GHz传输损耗为2. 1 d B/m且在G波段波导的传输损耗对弯曲不敏感.在4. 3 THZ频点波导的传输损耗随介质膜厚的增加而减小,镀制介质膜可以大幅减小波导的传输损耗以及弯曲附加损耗,孔径3. 6mm介质膜厚为1. 2μm的介质金属膜波导的传输损耗为2. 84 d B/m.光斑能量则随介质膜厚的增加更加集中于低阶传输模式.     

太赫兹线阵快速扫描成像

采用0.3THz辐射源和线阵探测器,搭建了太赫兹线阵扫描成像系统。该成像系统完成100mm×100mm区域的测量仅需1min,成像分辨率可达1.5mm,可以准确识别聚乙烯样品和水管中预埋的缺陷,高精度定位隐藏在信封内的剪刀和小刀。研究结果表明,该成像技术可以快速检测隐蔽物,在无损探伤和安全检查领域具有一定的实用价值。     

太赫兹脉冲的短距离大气传输特性

基于van-Vleck Weisskopf线型与辐射传输色散理论,结合JPL数据库,建立了太赫兹脉冲大气传输衰减与色散模型,形成了对宽频太赫兹辐射脉冲在大气中的吸收衰减的数值模拟能力;并对利用太赫兹时域光谱技术(THzTDS)所获得的透射光谱实测结果进行了对比分析,研究了不同水汽密度对太赫兹时域脉冲幅值、相位及频谱特性的影响.研究结果表明:短距离大气传输条件下,0.1~0.5 THz频段太赫兹脉冲的最大传输速率达20 Gb/s以上,相较于单模光纤,更具短距离通信优势.     

多层复合电沉积磁屏蔽薄膜屏蔽效能

利用电沉积法制备磁屏蔽薄膜,不仅可以精确控制沉积膜的化学成分和厚度,而且可以在复杂几何形状的表面上形成薄膜。通过电沉积装置制备了铁镍-铜-铁镍多层复合磁屏蔽薄膜,并探究了磁场强度、厚度、高温环境对磁屏蔽薄膜屏蔽效能的影响。实验结果表明,50 μm和100 μm样品的屏蔽效能随磁场强度的增大而增大,200 μm的屏蔽效能则是先增大后降低;在4~16 Oe磁场中,厚度越大,薄膜屏蔽效果越好;100 ℃的温度会降低所有厚度的磁屏蔽薄膜的屏蔽效能。     

0.67 THz折叠波导慢波结构损耗的计算

在太赫兹频段,损耗对折叠波导慢波结构的特性有显著影响。提出一种计算折叠波导慢波结构损耗的理论模型,推导出弯曲波导的衰减系数。分别使用理论模型和商业仿真软件计算了0.67 THz折叠波导慢波结构的损耗,二者的计算结果吻合较好,表明理论模型有较高的精确度。最后,使用理论模型分析了0.67 THz折叠波导慢波结构的结构参数变化对损耗特性的影响。     

基于太赫兹片上系统微带线的设计与仿真

太赫兹片上系统是一种将太赫兹产生和探测装置以及波导传输装置集成在同一基片上的设计,应用于晶体材料的共振吸收以实现对太赫兹时域光谱的探测。太赫兹产生与探测装置都由光电导天线构成,波导传输装置由微带线构成。微带线是一种能够传输高频电磁波的波导结构,但相比于自由空间波导具有高损耗和散射特性。为了研究微带线的结构参数对太赫兹波传输损耗的影响,采用模拟仿真的方法,得出了传输损耗随着传输长度和频率的增加而增加,随着微带线金属层厚度与介质层厚度的增加而减少的规律,从而证明了传输损耗的减少能够通过合理设计微带线结构来实现。