基于超表面的新型太赫兹功能器件研究

太赫兹技术自被发现以来,凭借其自身独特优势,迅速引起了人们的广泛关注,其主要包括太赫兹源技术、太赫兹器件和太赫兹探测技术。其中,太赫兹器件与多个领域结合紧密,在生物医疗、半导体封装、无损检测、食品农产品、太赫兹通信材料表征等方面有广泛应用。超材料具有独特的结构优势,可以人为设计、选材,将超材料引入太赫兹器件使得太赫兹器件可以被人工设计成所需要的效果,从而为多个领域提供技术、器件支持。从太赫兹器件的构成、加工流程、应用、太赫兹器件对太赫兹波的调控原理以及当今存在的主要太赫兹技术等方面对太赫兹器件进行了研究,并对其发展前景做出了展望。     

太赫兹金属弹簧波导的研究

为深入了解金属弹簧波导对太赫兹波的传输效果,对不同螺线间距金属弹簧的太赫兹波传输特性进行了实验研究。实验结果表明,对于线径0.8 mm、外直径12 mm、长14 cm的金属弹簧,在3.5/4.4 mm等较大的螺距下,弹簧波导反而能在较大的带宽下传导太赫兹波,并具有良好的偏振保持能力。3.5/4.4 mm螺距弹簧的太赫兹传输带宽均约为0.9 THz,且在其峰值频率处的传输损耗分别约为0.2 cm-1和0.27 cm-1。此外,金属弹簧能将太赫兹模式束缚在空气芯内传输,而非通过金属螺线导引传输。该研究结果对金属弹簧波导在太赫兹技术中的应用具有一定参考意义。     

六、DARPA采用微加工方法制造出全球首个太赫兹真空放大器件

太赫兹频段指0.1～10T H z的频率范围,具有带宽大（是直流到毫米波全部带宽的100倍）、波束窄、信噪比高等优点,在高速数据通信、高品质远程成像、化学频谱分析、深空探测、无损检测等领域具有广泛应用前景。但由于缺乏实用化和集成化的大功率太赫兹器件,至今太赫兹频段仍未被广泛应用。     

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。     

基于表面金属结构的太赫兹超材料吸波器件研究

由于局限于微纳加工技术以及本身的响应特性,现有超材料吸波器件仅能实现对单一频率或窄频带的完美吸收,针对这一问题,提出了一种新型超材料太赫兹宽带吸波器件.利用将十字结构与谐振环结构两种不同的表面金属结构进行组合的方法,扩展了吸波频带宽度和提高了吸收率,并使其具备了极化模式和入射角度不敏感的优点;同时对吸波器件工作机理进行...     

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。     

方兴未艾的太赫兹生物医学传感器

太赫兹生物医学传感器在当前研究中属于一个热点,其工作原理主要依托人工周期性电磁媒介或二维材料构建电磁亚波长结构,与入射的太赫兹波相互作用时,引发类似表面等离子体共振现象,产生的局域电磁场增强效应对周围的介电环境敏感,从而改变太赫兹光谱中共振的品质因子与谐振频率,实现对生物分子的高灵敏度检测和分析。围绕近几年的研究现状,从生物传感器的类型及其在生物医学等领域的应用分别加以阐述,讨论了太赫兹生物医学传感器所面临的挑战和发展前景,旨在提供一些有价值的建议。     

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.     

安捷伦毫米波及太赫兹测试解决方案

通常认为毫米波频率范围为26.5～300GHz,超过300GHz的频段称为太赫兹,本文重点介绍毫米波频段和太赫兹测试方案.首先了解一下毫米波的特点,毫米波技术在通信、雷达、制导、电子对抗和激光光谱学等方面的应用以及相应的毫米波元件和器件的进展。     

面向太赫兹应用的平面结构聚合物电光传感器

自由空间电光取样技术是太赫兹波(THz)相干探测的典型方法,电光传感器是其中的核心器件。传统的电光传感器多采用无机电光晶体材料,但是这种材料电光系数低并存在声子吸收性,致使太赫兹波的探测带宽受到限制。主-客体结构的电光聚合物材料具有较大的电光系数和较低的介电常数,近年来成为各国学者研究的热点。然而这种材料的主客体之间相容性差,极易产生相分离,导致电光性能降低,限制了材料的更广泛应用。采用一种化学与物理手段相结合的方法,将两种电光分子引入聚合物体系,制备了具有双电光分子的聚磷腈材料。这种材料不但具备良好的相稳定性,而且具有良好的电光性能,电光系数可达64.8 pm/V。基于双电光分子聚磷腈材料,设计并制作了具有平面结构的聚合物电光传感器。与传统的三明治结构电光传感器相比,平面结构传感器可以将探测幅度提升55%,光谱灵敏度提升35%,同时还可以避免入射角度对探测灵敏度的影响、降低噪声干扰、简化实验过程,是面向太赫兹应用的更适合器件。     

基于渡越-切伦科夫辐射原理太赫兹横向场频率特性的实验研究

基于渡越-切伦科夫辐射原理,单色飞秒激光脉冲聚焦到空气中形成等离子体进而辐射出径向偏振太赫兹波,径向偏振太赫兹波经过紧聚焦后在焦点处产生太赫兹波横向偏振分量。为了有效调控太赫兹横向分量的频率分布和振幅特性,首先,通过理论分析太赫兹横向场分量在外加电压下的分布规律,给出不同角度的外加电压对太赫兹横向场频率强度的影响。然后,采用对等离子体施加外部电场的方法,得到一个最佳的纵向电场角度产生高强度太赫兹横向偏振分量。对发展太赫兹波特性的基础研究以及太赫兹技术的应用具有重要的参考意义。     

太赫兹波的古依相移研究

为了测量太赫兹波聚焦点附近不同位置的太赫兹时域信号图对飞秒脉冲强激光在空气中进行聚焦,在形成空气等离子体细丝通道的同时辐射出锥型太赫兹波,并用离轴抛物面金镜收集和聚焦太赫兹波。利用电光采样系统来探测太赫兹波,得到其频谱宽度约为4THz。通过对比分析得出,会聚的太赫兹波同样具有古依相移效应。     

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.     

安保利器:太赫兹的技术应用

<正>太赫兹是新一代产业的科学技术基础。太赫兹科学综合了电子学与光子学的特色,是典型的交叉前沿科学领域,蕴含着原创性重大机理和方法并亟待突破,具有重大的科学意义。太赫兹波具有较强的穿透能力。与可见光、X射线、电子束、中红外、近红外和超声波等广泛应用于医学诊断、材料分析以及工业生产领域中的成像信号源相比,太赫兹波因其在电磁波谱中所处的特殊位置,使其对很多介电材料和非极性的液体具有良好的穿透性,因此太赫兹波的一个很有吸引力的前景就是,作为X射线成像和超声波成像等技术的补充,用于生物医学成像、安全检查或者无损探伤。电磁波谱最后的"处女"地太赫兹应用面非常广泛,可以用于生命科学、材料科     

基于空间能量分布调制增强和控制太赫兹信号

为了有效地对太赫兹波进行增强和连续控制,提出一种通过外部空间干扰调制太赫兹波的空间分布对太赫兹波进行增强和连续控制的方法。通过理论计算对比了未放置和放置空心金属波导的太赫兹波的空间分布,并研究了通过外部空间干扰改变太赫兹波传播路径对太赫兹波空间分布的影响。研究表明,采用改变空心金属波导和激光拉丝相对位置的方法,可以得到连续调控的太赫兹波的空间分布,并且太赫兹波空间分布的最强点能量强度增强了近5.9倍,可为宽带太赫兹波的连续调控提供参考。     

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。     

太赫兹介质波导与金属波导模式转换的设计

为实现太赫兹介质波导与金属波导之间模式的转换,设计了一种低损耗、高耦合效率的锥形波导耦合器。通过有限时域差分法（FDTD）对该结构的传输效率进行了仿真优化。仿真结果表明：锥形波导耦合器在170～220 GHz频段,其基模的传输损耗极低;在190～200 GHz频段,其TM基模的传输损耗接近无。该功能器件可以用于集成太赫兹芯片的耦合。     

液态一元醇的太赫兹时域光谱研究

太赫兹波可以与极性液体中的氢键网络产生强的相互作用,作用越强吸收越强。鉴于此性质,利用太赫兹时域光谱技术对甲醇、乙醇、正丙醇在0.1~1THz波段内的太赫兹光谱进行了检测,发现其吸收光谱随分子极性的差异有显著的区别,并从中提取出了一元醇的吸收系数、折射率、介电常数等光学参数。在此基础上还利用对样品介电常数敏感的微孔金属片,通过产生的共振峰漂移进一步对不同一元醇进行了检测,结果表明太赫兹光谱技术结合微结构器件在液态化学及生物样品检测方面有潜在的应用价值。     

基于法布里-珀罗干涉仪的太赫兹波波长测试方法

太赫兹波波长的测量在其科研和实际应用中显得日益迫切和重要。阐述了由两个平行的金属网栅构成的Fabry-Perot(F-P)干涉仪测量太赫兹波波长的原理和方法,对金属网栅的参数设计原则进行了论述,从理论上分析了此方法的可行性,并根据此原理推出了计算太赫兹波线宽的公式。设计制作了测量92.9μm赫兹波的金属网栅。为太赫兹波波长测量和谱线线宽估算提供了理论参考。     

双色激光产生太赫兹辐射的调控机理研究

采用双色激光在气体介质中诱导产生太赫兹波的数值模拟方法,深入分析了各种激光参数对双色激光场产生太赫兹波的影响,目的是优化参数以实现太赫兹波辐射能量的最大化。模拟计算表明,双色激光的波长、相对相位、激光脉冲宽度等对瞬态电流和太赫兹能量都有调控作用,并且具有不同的规律性。此外,还通过分析激光电场、电子密度、光电流等相关因素,对双色激光场产生太赫兹波的物理机理进行了解释。该研究为在不同激光激发条件下提高太赫兹波辐射强度,提供了详尽的参数优化分析和理论支持,对后续大幅增强太赫兹辐射效率具有重要意义。