THz波微结构器件特性的研究

在电磁波谱中所处的特殊位置使得THz波在在物理、化学、生物医学、电子科学、材料科学、环境监测等领域有着广泛的应用前景。综述了THz波微结构器件特性方面的研究工作。亚波长金属周期微结构器件的THz波谱选择增强透射现象,亚波长环形槽金属线上的THz等效表面等离子体激元,以及THz光子晶体光纤。     

卷云在红外波段的散射特性

文中用T矩阵(T—matrix)、Lorenz—Mie等效球和几何光学(GOM)相结合的方法计算了六角冰晶尺度在1—10000μm范围内、波长在红外2．5～13μm范围内的散射特性。依据局地实际测量的三十种卷云粒子尺度分布,得到有效尺度从15～160μm卷云粒子的平均散射特性,并把这些单次散射特性参数化成卷云有效直径的多项式函数。     

THz波段光子晶体谐振腔的特性分析

提出了一种适用于太赫兹器件的二维光子晶体谐振腔,分析了这种谐振腔的主要特性.采用平面波展开法进行仿真计算,通过改变二维光子晶体的晶格常数、介电常数比、填充率等研究其带隙结构、谐振频率在THz波段的变化规律.研究结果为THz波段器件的制作及THz系统的应用提供了理论依据.     

FDTD方法分析THz波段金属平板的屏蔽特性

研究了室温下金属平板对THz波的透射屏蔽特性。考虑到THz波段金属电导率的频率色散特征,基于Z变换方法处理频域色散媒质本构关系到时域的转化,使FDTD仿真易于编程实现。仿真表明,对不同金属材料,其屏蔽效应随频率呈现出周期振荡,且金属平板厚度在百nm量级时对THz波的屏蔽效应＞60 dB。对不同厚度的金属平板,其屏蔽效应以dB为单位随厚度线性增大,有望利用此特性实现厚度μ＜m级薄层金属的厚度测量。     

KTP和KTA晶体在3～6THz波段的折射率测量

利用太赫兹(THz)光参量发生器,测量了KTP晶 体和KTA晶体在3~6THz波段的折射率。利用一束 脉冲宽为5ns的Nd:YAG 1064nm激光作为泵浦源,分别泵浦KTP晶体 和KTA晶体,获得了一束宽谱 的Stokes光;测量了泵浦光和产生的Stokes光的非共线相位匹配角度以及对应Stokes光的波 长,通过计算 得出了KTP晶体在3.07~6.12THz波段对应的折射率为2. 81~5.05;KTA晶体在3.71~6.19THz波段对应的折射率为3.26~4.68。     

微米镍粉在太赫兹波段的Mie散射特性研究

为研究微米镍粉对太赫兹波的屏蔽效果,本文运用Mie氏散射理论,数值计算了微米镍粉在太赫兹波段的散射特性。研究获得了光学截面与粒子半径和入射波长、散射强度与散射角和粒子尺寸参数x的关系曲线。结果表明,微米镍粉在太赫兹波段的消光作用以散射为主;粒径对镍粉的消光效果有很大影响,可以通过控制粒径来设计具有太赫兹屏蔽效果的材料。随粒径的增大,消光截面先增加再振荡降低最终趋近于一定值;粒径越小散射强度越低且散射光强集中分布在散射角较小的范围内。     

多壁碳纳米管在红外波段的散射特性研究

采用Bessel和Hankel函数级数模技术,对不同多壁碳纳米管在红外波段的电磁散射特性进行了研究.结果表明,不同半径、不同纳米管数目对入射的横磁波与横电波的散射现象产生不同的影响.在横磁波垂直入射时,不同结构多壁碳纳米管对其频率的选择性不明显,相同半径纳米管对横磁波的散射强度随纳米管数目的增加而增强,但其峰值不变;而在横电波入射时,不同结构多壁碳纳米管表现出强烈的频率选择性,其散射强度随半径、管数目的增加而明显增强.研究结果对利用碳纳米管进行红外波段的探测具有一定意义.     

聚乙烯材料的THz吸收特性实验

THz辐射能够穿透很多对可见光不透明的非金属、非极性材料,而用x辐射对这些材料成像的对比度又相对低,因此,THz成像在军事和安全领域日益受到重视.对成像材料的THz特性的实际测量是THz成像技术的重要组成部分.文中利用CO2泵浦THz激光对聚乙烯材料的THz吸收特性进行了实验研究.根据实验数据拟合得出所用聚乙烯材料在70.51、96.5、118.83、122.4、158.51、184.31、214.58 μm波长的吸收系数.     

THz 波段电磁感应透明效应超常媒质的构建

本论文主要对基于金属的一种超常媒质的机理以及相关结构进行研究。在与传统的量子EIT 系统的比较中,探索这一现象的激发机理以及验证依据。由左手介质设计的理论基础进行推广,构建并设计了具有电磁感应透明效应的THz 超常媒质,对其中的理论问题进行了探讨并对相关材料的定义做出了解释。通过分别对亮部分（内环）和暗部分（外环）进行激发仿真,给出了整体激发的结果。此外,还对探针的位置以及SRR 环的厚度分别进行了分析。本研究工作对于推动以金属为基础的光频段材料、结构甚至集成电路、系统的发展和应用具有重要的意义。     

强THz场下GaAs和InSb中瞬态谷间散射和碰撞电离

运用系宗蒙特卡罗法计算了强THz场作用下, n型掺杂的GaAs和InSb中随时间变化的散射机制以及载流子非线性动力学演变, 获取了电子散射至卫星谷并弛豫回原能谷的时间信息, 并追踪描绘了载流子瞬态增加的过程, 结果同时显示了强场作用下谷间散射是GaAs中的主要散射机制, 而碰撞电离则是InSb中的关键因素.此外进一步讨论了这两种机制对于相关物理量: 平均动能、平均速度、材料的电导率的影响, 结果说明这两种机制导致了非线性效应并在两种材料中起到相反的作用, InSb中碰撞电离的响应时间比GaAs中谷间散射的响应时间更长.该研究结果在THz调制领域有一定的指导意义.     

太赫兹波传播过程中横模分布的成像

研究了焦点位置附近太赫兹波的横模分布,目的在于了解系统中太赫兹波的横向分布情况,为进行太赫兹光谱和成像实验提供依据。通过太赫兹波逐点扫描成像,对经常被用来放置测试样品位置附近的太赫兹波横模分布情况进行了定性的分析。利用“狭缝法"测量了太赫兹光束的束宽。结果表明,太赫兹波在焦点附近不同位置的横向分布有较大差异,在焦点处对应于最长波长1.5 mm的最小光斑直径约为1.0 mm,这说明太赫兹波的聚焦有一定的限度。实验确定了系统中放置样品的最佳位置,对开展太赫兹光谱和成像研究有参考价值。     

太赫兹波在军事领域中的应用研究

详细介绍了太赫兹波的优良性质及利用光导天线和光整流产生太赫兹波的方法.从远程监视、成像、爆炸物鉴别及无损检测等方面,重点介绍了太赫兹技术在军事领域中的应用.     

角反射器在太赫兹波段的散射特性研究

太赫兹雷达散射特性的研究对于目标识别、跟踪以及截获有重要意义.设计了0.22 THz频率步进雷达散射截面(Radar Cross section,RCS)测量系统,提出了针对频率步进太赫兹雷达信号体制下,角反射器RCS的提取方法.采用实验与仿真相结合的方式,得到了单个角反射器和角反射器组在4°范围内的太赫兹雷达散射截面.结果表明,角反射器类目标的RCS实验测量结果与理论计算结果在误差范围内一致性较好,为进一步精确测量目标在太赫兹波段的散射特性奠定了研究基础.     

空间太赫兹信息技术展望

太赫兹技术的飞速进步已经展现出对空间信息领域的积极影响.介绍了太赫兹波的特性及其现有的应用,展望了太赫兹技术在空间信息领域的应用前景,具体分析了太赫兹频段在空间信息获取和空间信息传输两个领域的技术优势.目前,空间科学观测已扩展至太赫兹频段,太赫兹频段雷达可提供高分辨率的着陆场图像及优秀的探测预警性能,太赫兹频段链路可用于航天器集群间通信、航天器内部高速无线通信,并有望成为有效突破等离子体黑障的测控通信手段.     

THz时域频谱技术中若干效应的研究

在电磁波谱中所处的特殊位置使得THz波在物理、化学、生物医学、电子科学、材料科学、环境监测等领域有着广泛的应用前景。讨论了THz时域频谱技术的若干关键问题：THz发射晶体的双光子吸收、衍射效应和非线性效应（Kerr效应和类Kerr效应）等对THz产生效率的影响,THz辐射脉冲的载波包络相位差,THz小波变换频谱技术,以及利用光子晶体光纤飞秒激光作为激发源对THz时域频谱系统进行小型化和提高能量的方案。     

基于光子带隙的双平板太赫兹传输系统研究

研究了一种利用光子晶体带隙特性工作的双平板太赫兹传输系统,它结合了光子晶体波导传输能量集中、损耗低以及双平板波导低色散和单模传输的优点.具体设计了工作在O.32THz的传输系统,研究结果表明:光子晶体双平板波导不但可以实现单模的高效传输,而且也具有良好的输入输出匹配性能.该设计中,采用矩形波导的输入输出结构在316～360 GHz的带宽内可以获得S11<-10 dB的匹配.而且,和普通双平板波导相比更具有结构紧凑、易于集成等优点,因此具有较高的实用价值.     

生化药品的太赫兹光谱和红外光谱模拟

用高斯软件对光气、路易氏气、沙林等的红外光谱和太赫兹光谱进行了理论模拟.这三种生化药品红外光谱的模拟结果,说明用高斯软件进行生化药品的太赫兹光谱检测有重要意义,理论模拟的三种生化药品的太赫兹谱为今后用太赫兹辐射探测生化药品提供了重要的信息.     

光整流太赫兹源及其研究进展

太赫兹科学技术是近20年来发展起来的一门新学科,其关键技术是太赫兹波的产生和探测.本文介绍了光整流太赫兹源的辐射原理、国内外研究情况、存在的问题等.今后其发展方向主要应为通过掺杂等手段改进光电导材料的光电特性,提高材料的相位匹配能力和减小饱和现象来提高辐射的功率和效率.