太赫兹超表面中的连续域束缚态

连续域束缚态（BIC）是发生在辐射连续域频率范围内且被完全局域的共振,具有无限大的Q值,光与物质之间产生强相互作用,该现象对新型功能器件的发展至关重要。在太赫兹超表面中引入BIC机制,为定制高Q值共振提供了新的思路。从BIC的分类、形成机制、基本性质等方面对BIC进行了简要描述,重点介绍了BIC在THz超表面中的新应用,如高灵敏度传感、手性增强、光谱编码、近场成像。此外,BIC携带拓扑电荷,由偏振矢量缠绕圈数定义,这样的电荷只能通过改变系统参数来产生或湮灭。BIC的拓扑性质也为拓扑光子学新现象的发现提供了新的可能,BIC现象的研究可以为光学和光子学领域带来更多的发展。     

太赫兹Smith-Purcell自由电子激光研究进展

太赫兹电磁波在材料表征、医学成像、无线通信、安全检测等领域有广泛的应用前景,是当前科学研究热点之一。基于自由电子与周期性光栅结构相互作用产生的Smith-Purcell辐射的Smith-Purcell自由电子激光凭借其易加工、可调谐、高功率等优点成为发展高功率太赫兹源的有效途径之一。本文对太赫兹Smith-Purcell自由电子激光的近期研究进展进行了综述,对基于特异Smith-Purcell辐射新型Smith-Purcell自由电子激光以及基于预群聚电子注的Smith-Purcell太赫兹源进行了着重介绍,这两类新型太赫兹自由电子激光结构克服了传统自由电子激光的若干缺点,有望发展为具有重要应用前景的紧凑型、大功率太赫兹源。     

电子束团驱动矩形光栅增强Smith-Purcell辐射的研究

随着微纳加工工艺的进展,微纳周期结构的电磁特性成为了研究的热点.基于周期光栅结构的Smith-Purcell辐射机理,本文研究了矩形缺陷金属透射光栅的Smith-Purcell辐射机制,结果显示具有矩形缺陷的光栅能产生更强的辐射.这种通过构造矩形缺陷来提升辐射功率的方法在基于自由电子的太赫兹辐射源方面具有重要应用.     

预调制电子注激励孔阵列中的Smith-Purcell相干太赫兹超辐射研究

研究了在预调制成团的电子注经过孔阵列时所激发的Smith-Purcell超辐射现象。基于Smith-Purcell辐射公式,利用三维模拟软件对采用的结构进行模拟仿真,得到在太赫兹频率段的超辐射电磁波。采用对冲光栅来对直流电子注进行调制,理论求解了对冲光栅中的色散方程,并对其进行数值计算,得其色散曲线。选取发射电压U=50kV,发射电流I=30A/cm2,通过色散曲线得到该对冲光栅的注波互作用频率点在0.3THz,最终的仿真结果为0.31THz,两者有较好的吻合度。孔阵列采用的是周期为0.3mm的单排孔阵列,由Smith-Purcell辐射公式计算电子注二次谐波0.62THz的辐射角度为60°,仿真结果与理论分析保持高度一致。通过对辐射区Ez(t)场的观察,发现二次谐波场的幅值是其基波场幅值的5倍多,说明大部分能量集中在二倍频0.62THz上,这与理论分析吻合较好。     

低对比度光栅诱导的激光腔中准连续域束缚态研究

光子晶体等人工微结构中出现的连续域束缚态(BIC)处于光锥以上却不与背景泄漏模耦合,具有无限高的品质因数(Q值),构建在BIC或准BIC工作的激光器具有低阈值的优点。而低对比度光栅常用于低成本激光器的模式调制和耦出。针对激光器简化三层平板结构,提出利用上盖层刻蚀低对比度光栅诱导出Q值高达9.2×10⁵的准BIC模式,并发现激光腔中模式的Q值对有源层的厚度变化相比上盖层光栅刻蚀深度的变化更敏感,且下盖层的厚度变化使Q值被周期性增强,准BIC的Q值可以被增强到9.66×10⁶。研究结果对光栅基的低阈值电注入面发射激光器的设计具有指导意义。     

光子晶体的Smith-Purcell效应探讨

光子晶体是一种具有光子能带和能隙的一种新型材料,其典型结构为一个折射率周期变化的物体,周期为光波长量级。光子在这类材料中的作用类似于电子在凝聚态物质中的作用,应用前景极为广泛,将是新一代的光子器件的基础。而太赫兹也是近年来大家关注的波段,本文就研究光子晶体的Smith—Purcell效应出发,看其辐射频率,探求能否通过这种效应制作太赫兹源,并从Magic模拟得出了一些数据,说明可行。     

三反射镜准光腔Smith-Purcell辐射的研究

三反射镜准光腔作为一种特殊准光谐振系统在特定模式具有较小的衍射损失,同时能有效提高电子注与高频场的互作用效率;采用中等能量的相对论环状电子注激励轴对称的、带有绕射光栅的三反射镜准光谐振系统可以得到相干Smith-Purcell辐射。采用2.5维全电磁粒子模拟程序对该器件进行了粒子模拟,在输入电压为50kV,输入电流为39.4A时,得到频率为97.2GHz,峰值功率为8kW的相干Smith-Purcell辐射输出。     

基于光子混频的可调谐连续太赫兹波辐射系统

基于光子混频原理及相干探测技术,利用外腔半导体激光器及一种蝶形交指结构低温砷化镓光电导天线,搭建了一个可调谐连续太赫兹波辐射探测系统。在室温条件下,实现了连续太赫兹波的产生及探测,其连续太赫兹波输出的线宽优于1 MHz。在频率小于0.70THz时,实验获得的系统信噪比均在50dB以上。在频率为0.50THz处,系统信噪比为64dB。另外,还实验研究了辐射太赫兹波电场强度与光电导天线偏置电场的关系,讨论了外腔半导体激光器模式对连续太赫兹波辐射的影响。     

太赫兹全金属超构表面的极化无关准BICs研究

提出一种具有高Q值的太赫兹全金属超构表面。该超构表面由4个菱形孔组成,改变相邻菱形孔的尺寸,可以打破结构的对称性,产生准连续域束缚态(BICs);改变入射波的极化角度,激发的准BICs频率保持不变,超构表面具有极化不相关特性。优化结构参数,仿真结果表明,当尺寸偏差为3 μm时,产生的准BICs实现了小于1 GHz的超窄带宽,对应Q值大于1 300。实验测试结果显示,加工的样品(偏差30 μm)测试Q值为40。相比于圆孔结构,菱形孔结构由于尖锐的转角可以实现较强的束缚场。本文提出的具有极化无关准BICs的超构表面在实时化学和生物分子传感中具有巨大的实际应用潜力。     

基于连续谱束缚态的高Q太赫兹全介质超表面

为了研究基于连续谱束缚态(BIC)高品质因子Q谐振, 提出了由双空心硅圆柱体组成太赫兹全介质超表面。采用数值模拟方法对结构的透射光谱及电磁场图进行了分析, 并利用本征模分析的方法研究了超表面结构参数对BIC频率的影响, 给出了该BIC超表面在太赫兹大频率范围工作的参数设计方法。结果表明, 在3.0THz左右实现了一个可调高Q环偶极Fano谐振; 本征模式的分析计算结果与入射电磁波模式的分析计算结果对称性不匹配, 该超表面支持的是一个对称保护BIC。此研究为基于BIC的高Q超材料在超低阈值激光器件、非线性光学谐波产生及高灵敏度传感等领域的应用提供了理论参考。     

基于频率梳的太赫兹辐射功率密度测量

为实现太赫兹辐射特性精准认知,开展太赫兹辐射功率密度测量研究.通过光学频率梳产生太赫兹频率梳,利用太赫兹频率梳实现太赫兹辐射源空间辐射功率密度测量.本文利用电光采样和光电导探测两种方式,实现了100 GHz辐射源空间辐射功率密度测量;将100 GHz辐射总功率溯源到标准太赫兹功率计,实现太赫兹辐射功率密度绝对测量.分析比较了利用800 nm空间光进行电光采样和利用1 550 nm光纤激光进行光电导探测的测量结果.在不同距离下,对太赫兹辐射源的空间辐射功率密度进行了测量和量值溯源,实验揭示了太赫兹辐射传输的空间演化特性.     

太赫兹辐射原理与若干应用

文章介绍了太赫兹辐射的原理及在安全检查、中药鉴别等方面的应用。     

太赫兹辐射原理与若干应用

文章介绍了太赫兹辐射的原理及在安全检查、中药鉴别等方面的应用。     

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。     

基于光学技术的太赫兹相干辐射源研究

由于太赫兹辐射的独特性质和潜在的应用价值, 国内外关于太赫兹波的产生和探测的研究正呈现日益繁荣的景象, 目前太赫兹相干辐射源的研究已成为太赫兹技术领域最重要的前沿课题之一。介绍了产生太赫兹相干辐射的三种主要途径：一是光学技术, 它从高频向低频发展, 其代表为太赫兹激光器, 如气体激光器、半导体激光器和量子级联激光器等; 二是电子学技术, 它由低频向高频发展, 如微波管、固体微波源等; 三是光电子技术, 其频率由1 THz向两侧展宽, 采用超快激光脉冲触发产生太赫兹脉冲。设计了基于光学技术的太赫兹相干辐射系统, 该装置根据气体振转能级跃迁原理, 采用高压直流激励方式产生受激辐射, 波导管谐振腔体, 工作气体为N2, CD4和D2, 经过优化设计, 预计可以产生1.54 THz和1.58 THz的波连续输出。     

模拟沙尘暴条件下的太赫兹辐射传输研究

使用太赫兹时域光谱技术研究了太赫兹脉冲对模拟沙尘的透射特性,得到不同沙尘条件下信号的透射光谱.同时还进行了沙尘条件下传送成像信号实验,得到比较清晰的像.结果表明太赫兹脉冲能够在沙尘条件下传输太赫兹图像.     

光电导太赫兹源回路电感对其辐射特性的影响

光电导太赫兹源（Photo-Conductive Antenna,PCA）已广泛用于太赫兹时域光谱系统（THz-TDS）。在THz-TDS系统中,处于偏置状态的PCA被飞秒激光触发因光生载流子,在偏置电场下的加速运动而向自由空间辐射太赫兹波,同时在PCA偏置回路中形成脉冲电流。通常给PCA加载偏置电压的回路有不同结构的电路设计,导致PCA装架的基板回路不可避免地存在一定电感,由此引起的电磁惯性会显著影响回路中脉冲电流的脉宽,电流脉冲的脉宽会随回路电感的增大而展宽。那么PCA回路电感是否会影响PCA向自由空间辐射THz波的特性,这是设计PCA基板电路面临的问题所在。本文尝试在PCA回路中加入不同电感值的电感元件,通过实验测试了PCA辐射THz波的时域波形和频谱,结果表明,PCA回路电感的数值对PCA辐射THz波没有明显影响,从而对不同场合应用的PCA基板结构和电路设计提供了实验基础。     

高密度连续带状注电子枪仿真研究

传统的电真空辐射源向太赫兹频段发展进程中电子光学系统遇到诸多困难,而带状电子光学系统能够有效解决部分困难。文中采用粒子模拟软件分析了不同阴极面和聚焦极结构对形成带状注的影响,通过仿真计算,对所需要的双阳极带状电子光学系统进行了设计,分析了电子枪的聚焦极结构尺寸对电子注的形状及其性能参量的影响,最终在0.5T均匀磁场,工作电压为15kV,发射密度10A/cm2的情况下,获得带状电子注电流密度为50A/cm2,宽高比为11∶1,并且在20mm电子通道内脉动较小,流通率达到100%。     

激光诱导Al等离子体连续辐射研究

分析了Ａｌ等离子体连续辐射特征。根据连续辐射强度的同时分布,简要讨论了激光诱导等离子了体连续辐射的产生机理。我们认为激光诱导等离子体的连续辐射的主要机制提轫致辐射和复合辐射。在激光脉冲作用到靶上的瞬间,轫致辐射占主导地位,在等离子体演化初期,复合辐射和轫致辐射共同产生等离子体连续辐射,在等离子体演化后期,连续辐射主要是轫致辐射产生的。     

基于波数域算法的 220GHz 雷达成像技术

太赫兹成像技术是当前太赫兹领域研究的热点之一,太赫兹波具有分辨率高、穿透性好、安全性的优点,用 于反恐和安检方面有着巨大优势。本文介绍了基于波数域算法的220GHz 雷达成像技术,采用机械扫描的模式,模拟 仿真建立了目标散射点模型,经过算法处理后的结果显示波数域算法能够精确地重建目标位置,成像精度较高,为进 一步应用于实测数据奠定基础,从而为安检成像的应用研究做了铺垫。