微纳复合结构增强硅基太赫兹调制器性能

研究了由微米金字塔阵列和纳米级氧化铝(Al2O3)薄膜构成的微纳复合结构对硅基光控太赫兹调制器调制性能的增强效应和机制。实验表明,相对于半导体硅片,硅表面的微米金字塔阵列能够显著减少激光反射率,提高对激光的利用率,且能增加太赫兹波的调控面积。更重要的是,金字塔阵列上沉积的纳米级厚度Al2O3薄膜还能进一步降低激光反射率,并能明显提升太赫兹波的调制效果,在95.5 mW/mm2的激光功率密度下,其调制深度可达91.2%。该光控太赫兹调制器在低激光功率下拥有高调制深度,在太赫兹成像和通信领域都有巨大的应用潜力。     

基于石墨烯的光控太赫兹调制器

研究了锗基单层石墨烯结构宽带光控太赫兹调制器。利用实验室搭建的太赫兹时域光谱系统,实验证明了在1 550 nm飞秒光泵浦下,该太赫兹调制器工作带宽为0.2~1.5 THz。当泵浦光功率从0增加到250 mW时,该太赫兹波调制器的平均透过率从40%下降到22%,平均吸收系数从19 cm-1增加到44 cm-1,在0.2~0.7 THz,调制深度均高于50%,最大调制深度为62%（0.38 THz）。实验结果表明,相比于纯锗基太赫兹调制器,单层石墨烯的引入能增强对太赫兹波的调制效果。     

基于表面钝化效应的砷化镓基太赫兹调制器性能

研究了表面化学硫硒钝化技术对砷化镓基光控太赫兹调制器件性能的增强效应和机制。实验表明,硫硒钝化能有效地去除砷化镓表面氧化物,减少表面复合中心,从而改善砷化镓的表面状态。钝化后,光致发光(PL)强度显著增强,是参考砷化镓基底的6倍。同时,钝化效应可以显著提升砷化镓中少数载流子的寿命,可达2.2 ns。表面钝化效应可以显著提高砷化镓基太赫兹调制器的调制性能,在3 mW激光功率下测得调制深度为41%,调制速率为88.81 MHz。该光控太赫兹调制器在低功率下具有高调制深度和调制速率,在太赫兹通信领域有巨大的应用潜力。     

二维材料异质结增强的硅基太赫兹光调制器

研究了石墨烯/氮化硼二维异质结增强的硅基太赫兹波光调制器。利用太赫兹波时域谱系统和实验室自主搭建的太赫兹波动态测试系统分别测试了808 nm激光对太赫兹波的静态和动态调制。当照射在太赫兹波调制器上的激光功率从0增加至500 mW时,平均太赫兹波透过率从58%下降到13%,静态调制深度最高达到76%(500 mW)。动态测试获得的最大调制速度为15 kHz (100 mW)。实验结果表明,与单层石墨烯增强的硅基调制器相比,石墨烯/氮化硼异质结可以更大地提高硅对于太赫兹波的调制深度,并提升调制速度。     

基于硅基微结构高性能太赫兹波电控调制器

通过硅基微结构与二氧化钒(VO2)相变薄膜相结合,设计并实现了一种电控太赫兹幅度调制器件。该调制器具有很高的太赫兹波透射率与极低的器件插损,同时具有大的工作带宽和调制深度。仿真和实验测试结果表明,该调制器对太赫兹波的增透响应带宽为0.25~0.95 THz波段。在0.4~0.85 THz频段内(约450 GHz宽带)的透射率超过80%,相较于硅衬底的透射率增加了10%以上,且透射率最高可达85%。对该器件电调控后,调制深度可达76%以上,器件透射率变化幅度可达65%。因低插损、大调制幅度以及宽工作带宽,该太赫兹调制器在太赫兹成像和通信系统中具有重要的应用价值。     

基于单层二硫化钨光控太赫兹调制器的研究

在太赫兹技术的应用中,控制太赫兹波的传输非常重要,太赫兹调制器被认为是下一代太赫兹无线通信中的重要器件.成功地研究了一种硅上生长单层二硫化钨的新型光泵浦太赫兹调制器,由于在硅衬底和二硫化钨的交界处出会形成异质结,二硫化钨充当着催化剂的作用,在光泵浦的作用下,在异质结处催化出更多的载流子,因此实现了更大的调制深度.结果表明,在泵浦光波长为660 nm、功率仅为117 mW时,该调制器的调制深度达到了63.6%.这种新型二维过渡金属硫化物对太赫兹波的调制有着更高的效率,使其在太赫兹技术中有很好的应用前景.     

新型光控砷化镓/侧边抛磨太赫兹光纤调制器

太赫兹调制器作为太赫兹技术应用的重要器件之一,在太赫兹通信、成像和传感等领域具有广泛应用前景。但是目前太赫兹调制器调制深度、工作带宽、稳定性等有待提升,这制约了太赫兹技术的进一步推广与发展。基于此,设计并制备了一种新型光控砷化镓/侧边抛磨太赫兹光纤（SPTF）调制器,将砷化镓转移到太赫兹光纤抛磨区,增强太赫兹波倏逝场与砷化镓相互作用。在外置808 nm激光器照射下实现对太赫兹波幅度调制,调制深度达到97.4%。实验结果表明,这种新型的光纤调制器具有较好的光控调制效果。同时,该器件体积小、集成度高,具有广泛应用的潜力。     

半导体基全光太赫兹空间调制器研究进展

太赫兹（THz）技术在下一代移动通信技术、雷达成像技术、物质波谱识别、大气遥感和射电天文学等领域有着广泛的应用前景,其中,能够主动调控太赫兹波幅度、相位和频率等特性的调控器件已成为影响太赫兹技术实际应用的关键器件之一。空间光太赫兹调制器（STM）作为一种典型的空间型波前调控器件,在波束偏转、波束扫描、特殊波束赋形,甚至相控阵技术等方面有着重要的应用。总结、分析和归纳了近年来电控STM和光控STM的主要研究进展,重点介绍了实现技术更简单、工艺成本更低的半导体基全光STM。详细总结了这种全光STM的调制机制和计算模型,系统总结了基于全光STM实现的太赫兹功能器件以及在太赫兹成像技术中的最新研究进展,讨论了全光STM存在的局限,并针对改善调制效率、降低器件插入损耗、提高激光利用率等方面提出多种新型器件结构。最后,对全光STM未来的发展趋势进行了展望。     

单缝双环结构超材料太赫兹波调制器

超材料指的是一些具有人工设计的结构,并呈现出自然材料所不具备的超常物理性质,它能够以一种新奇的方式实现对电磁波的调控。文中理论研究了单缝双环结构超材料太赫兹调制器的调制机理,运用等效电路法及微分方程法求解出调制器的共振频率与调制器本身几何参数的一般数学表达式,并用Matlab 对不同调制频率情况下的几何参数进行了计算。运用CST（microwave studio）对调制器进行了理论模拟,数值模拟结果显示,该调制器频率在0.775 THz,0.95 THz 和1.65 THz 处共振吸收强度分别为70%,65%和68%,该结构调制器可以作为太赫兹波的调制器。     

光控光子晶体太赫兹波调制器消光比的研究

光控太赫兹波调制器在未来的THz通信中具有重要作用,消光比是太赫兹波调制器的主要性能指标,文中研究了基于二维正方晶格光子晶体太赫兹波调制器晶格变化对调制器消光比的影响,选取光子晶体介质柱的半径作为结构参量,利用基于FDTD的Rsoft软件进行仿真计算,结果表明,将谐振腔正上方介质柱的半径缩小一定数量时,可以提高调制器的消光比。     

基于VO2相变的光控太赫兹调制器

基于VO2薄膜相变特性,通过在石英基底上制备VO2薄膜和亚波长金孔阵列,并在理论和实验上研究了金属孔阵列与VO2薄膜置于基底同侧和异侧的两种太赫兹(THz)调制器。系统研究了在光泵浦条件下两种样品的THz波的传输特性。结果表明,随着泵浦光功率的改变,两种结构的器件均可以实现对THz波强度的调制。对比分析两种结构器件的THz透射谱发现,紧邻金属孔阵列的金属相VO2能够有效地抑制THz表面等离子体的局域透射增强效应,使调制器的调制深度得到显著增强,这对基于相变材料调制器的设计具有重要意义。     

基于硅介质光栅的片上太赫兹波源

随着太赫兹技术的快速发展，人们对太赫兹技术在通信、光谱学和传感方面的各种应用越来越感兴趣。太赫兹技术发展与应用的基础是高性能的太赫兹源，传统的太赫兹源体积大且需要高功率电源驱动，难以适应集成太赫兹技术的发展，迫切需要研发新机制的微型太赫兹源。本文研究了一种新型微型化自由电子太赫兹辐射器，基于自由电子与其在光栅介质波导结构中激励的太赫兹波的互作用，实现太赫兹波的激励。这项研究为开发高效的片上太赫兹辐射源和拓展先进太赫兹应用提供了新的选项。     

基于多分辨率塔式结构的幻觉脸技术的研究

提出的基于多分辨率塔式结构的幻觉脸算法,使用改进的图像金字塔建立标准人脸训练库作为学习模型,能在多尺度、多分辨率上训练出更有效的先验知识.然后在匹配复原过程中引入一种新思路,先结合塔状父结构搜索出拉普拉斯金字塔中最匹配的4个高频细节,再将这4个高频细节进行加权平均后的结果作为丢失的人脸图像的高频细节,最终复原出超分辨率人脸图像.实验结果表明,该算法对64×64大小的低分辨率人脸图像增强16倍,复原出的256×256大小的超分辨率人脸图像更加平滑,减小了一定的噪声干扰.     

Optical beam-energy modulators

Four devices are discussed. In each of these, electromagnetic waves of wavelength λ (which may be in the optical range) are to be used to modulate the energy of extreme relativistic charged particle beams on a scale of ≳λ/2. The devices are: (1) two-wave modulators; the well-known optical klystron is a special case and has been used in the past for energy modulation. The other three are proposed as appropriate alternatives, depending on the circumstances: (2) vacuum modulator; it is the simplest in construction, and its energy modulation amplitude is essentially the function of only the power carried by the wave (e.g., laser power) and not the geometry nor λ; (3) Cherenkov modulator; and (4) resonator energy modulator. Their capabilities, including the energy modulation amplitude, and efficiency, are compared     

飞秒激光泵浦剥离层石墨烯实现太赫兹波放大的研究

基于光激发石墨烯的瞬态电子-空穴的弛豫/复合过程中,在Dirac点附近形成粒子数反转并产生THz波段负动态电导率的机理,研究剥离层石墨烯在室温条件下实现THz波段电磁波的受激放大。理论推导了剥离层石墨烯动态电导率的表达式,并研究了动态电导率随信号波长、石墨烯层数和泵浦光强度的变化关系,对单层和多层石墨烯结构作了分析比较。分析了与动态电导率有关的增益并进行了数值计算与模拟。研究表明,在室温条件下,剥离层石墨烯可以实现THz波段电磁波的有效放大。     

基于超材料结构的高Q太赫兹滤波器

在半导体微纳工艺基础上研究了基于镜像非对称结构超材料太赫兹(THz)滤波器的性能。通过时域有限差分理论,模拟分析了滤波器工作频率下太赫兹电场强度和电流密度在微结构的分布,并阐述了微结构太赫兹波电磁共振的机理。基于太赫兹滤波器电磁损耗机制和微纳加工工艺条件,设计并优化器件开口环结构,使相邻开口环中产生电磁场的干涉相消,减少太赫兹辐射损耗,提高品质因子Q值。采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统测试了滤波器的太赫兹透射特性,实验结果表明,在工作频率0.923 THz下,镜像非对称结构的平面太赫兹滤波器品质因子达到12.5。同时,研究了太赫兹电场方向对滤波器性能的影响。高Q太赫兹滤波器的研制为制备高速太赫兹电调制器等太赫兹器件提供了重要的实验依据。     

基于石墨烯的可调谐高吸收率太赫兹超材料

提出一种基于石墨烯的双波段太赫兹超材料吸收体,它由金属-电介质-石墨烯3层超材料结构单元在水平方向上进行周期性拓展而成。仿真结果显示,其在太赫兹波段6.62 THz和 9.36 THz分别产生99.9%和98.9%的高吸收率;通过改变石墨烯的费米能级,可以灵活地控制吸收体的谐振频率和吸收强度,而吸收体的吸收强度也可以利用石墨烯的弛豫时间进行单独控制。另外,研究了吸收体中间介质层厚度和介质损耗对吸收率的影响,这为吸收体初始加工工艺参数的确定提供了依据。研究结果表明,提出的基于石墨烯的太赫兹超材料吸收体结构简单,易于加工,可通过偏置电压或者化学掺杂,简单地实现吸收体的可调谐性,为双波段高吸收率太赫兹超材料吸收体的设计提供了重要参考。     

基于子带金字塔结构的彩色图像小波编码

本文改进了分层树集分割算法(SPIHT),重新设计了一种子带金字塔的数据结构来组织图像的二维小波变换系数,既减少了存储空间又加快了编码速度.在彩色图像的YUV空间按位平面的顺序依次对YUV三个分量编码,输出颜色分量完全嵌入式的码流.实验结果表明改进后算法对彩色图像的编码能获得很好的率失真性能,而且适用于高分辨率、不规则图像的编解码.     

Fabrication of inverted pyramid structure by Cesium Chloride self-assembly lithography for silicon solar cell

Inverted pyramids were fabricated through a method combining cesium chloride (CsCl) self-assembly technology and anisotropy corrosion of silicon solar cells. Ti film with nanoporous masks was formed by lift-off the CsCl nanoislands for the inverted pyramids. The pyramids were then formed by anisotropy corrosion of alkaline solution. The average diameter and morphology of the pyramids were controlled by varying the average diameter of CsCl nanoislands from 400 nm to 1.5 µm and by varying the etching time of alkaline solution from 2 to 8 min. The inverted-pyramid texture could suppress reflection to below 10% at wavelengths from 400 to 1000 nm, which was much lower than that of planar wafer. A solar cell fabricated from the pyramids had higher short-circuit current density (J_sc) and photovoltaic conversion efficiency (PCE) compared with those of planar solar cells for the good antireflection property. The solar cell showed a PCE of 15.25%, a J_sc of 38.35 mA/cm², and an open-circuit voltage of 555.7 mV.