太赫兹器件用新型复合多层金刚石材料的研究

微波器件频率进入太赫兹,输能窗的厚度减小至一百甚至几十微米。常规的介质材料,或者多晶金刚石材料已 经难以满足强度和真空密封性能的要求。为此设计并研制出一种新型微/超纳米复合多层金刚石膜。该膜采用微波等离子 体化学气相沉积法（MPCVD）,通过反应气源和沉积参数的改变,实现在硅衬底上依次原位生长微米尺度和超纳米尺度 的金刚石膜。研制的复合多层金刚石膜表面粗糙度Ra<0.5μm,生长面的断裂强度高达1550MPa,是普通多晶金刚石膜的 三倍。用该膜封接的输能窗目前已经通过真空密封性测试,将首次应用于太赫兹真空器件。     

金刚石在太赫兹电真空器件中的应用

金刚石材料具有低的介电常数、小的微波损耗、良好的导热性能,成为太赫兹电真空器件发展过程中非常有研究价值和应用价值的材料。它可以作为输能窗的介质窗片和高频结构的介质支撑材料。本文介绍了微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)金刚石材料在太赫兹电真空器件中的具体应用实例,以及在W波段行波管中的实际应用情况,包括MPCVD金刚石的制备过程,及其与金属材料的封接工艺。研制出的W波段金刚石窗冷测结果显示其在75 GHz-110 GHz频段内性能良好:驻波系数(VSWR)≤1.5,传输损耗≤0.5 dB。这种窗已经成功用于W波段折叠波导连续波与脉冲行波管中。     

太赫兹行波管倍频器用金刚石输能窗研究

本文主要研究一种太赫兹行波管倍频器的输能系统,采用双频分路输能窗方案,分别对W波段基波和太赫兹谐波盒型窗进行了设计.利用MPCVD设备研制了RF级金刚石窗片材料,并对窗片的制备、金属化及窗的封接工艺进行了研究.研制出了基波系统金刚石窗,测试结果显示,在28 GHz频带内电压驻波比小于1.3,传输损耗小于0.5dB,已在W波段行波管中得到了实际应用;谐波输能窗已完成了设计.     

太赫兹波在谐振环多层超材料传输特性的研究

利用时域有限积分法研究了太赫兹波在谐振环多层超材料的传输特性。结果表明,对于尺寸相同的谐振环构成多层超材料,超材料从1层变化到5层时,在共振频率0.80 THz处,谐振谷值从-17 dB～-44 dB,共振明显比单层强很多。对于不同尺寸谐振环构成多层超材料,共振频谱带宽明显增强,半高全宽从0.08 THz变化到0.26 THz。结果表明,多层超材料具有比单层更好的太赫兹波特性,这些传输特性为太赫兹波滤波器、吸收器及偏振器等器件设计具有重要价值。     

太赫兹行波管输能窗用复合金刚石膜的设计

为解决现有多晶金刚石用于太赫兹(THz)真空电子器件输能窗存在慢性漏气风险的技术难题,介绍了一种高断裂强度、良好真空密封性能、低微波损耗的新型超薄复合多层金刚石膜的研制方法。该复合超薄金刚石膜采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术,通过合理的结构设计和优化工艺,实现微米晶金刚石(MCD)和超纳米晶金刚石(UNCD)交替沉积的三明治结构。测量100 μm厚不同结构的复合膜断裂强度,是同样厚度的MCD的2~3倍。将研制的复合多层金刚石膜用于180 GHz和220 GHz 太赫兹行波管输能窗,通过气密性检测,漏率≤1×10-10 Pa?m3/s。窗的冷测结果显示,180 GHz窗的S11≤-15 dB(10 GHz带宽),220 GHz窗的S11≤-10 dB(20 GHz带宽),均具有良好的射频(RF)性能,满足使用要求。为太赫兹行波管输能窗的研制提供了一种成本低、可靠性高的超薄金刚石膜的技术途径。     

多层介质型太赫兹菲涅尔天线研究

基于菲涅尔波带片透镜的设计原理,设计了三款多层介质结构的菲涅尔波带片天线.该天线采用高增益的波纹喇叭天线提供馈电,工作频段为太赫兹通信第一大气窗口320～380GHz,回波损耗低于-15 dB,增益大于25 dBi.研究了菲涅尔波带片天线的周期数和子区数对天线性能的影响,结果表明随着周期和子区数的增加,增益也会不断的提高,而当波带片直径和喇叭口径面积相比拟时,电磁波损耗较大,并且谐振频率在太赫兹大气窗口内右移.     

基于多层结构的偏振不敏感超材料太赫兹宽带吸收器

为了解决宽带吸收器结构设计复杂的问题,提出了 一种结构简单、偏振不敏感、吸收性能优良的超材料太赫兹宽带吸收器.该吸收器采用对称结构设计,以金属层-介质层-金属层的三层架构为基础.其中,介质层中嵌入了两个不同尺寸的圆形金属片,从而形成多层结构.采用频域有限元法(Frequency Domain Finite Elemen...     

近太赫兹频段线性注真空器件的研究

介绍了太赫兹频段真空电子器件的研究和开发进展,包括慢波结构理论、设计、模拟及优化,微加工和微组装技术,整管技术等。这些器件包括行波管、返波管、斜注管、止带振荡器及行波管谐波放大器等,高频结构以折叠波导慢波结构为主,在太赫兹返波管中则利用叶片加载波导慢波结构。器件技术包括微机电系统(MEMS)技术,微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)金刚石生长、金属化和封接技术等。最后给出W波段、G波段以及340 GHz部件和器件所达到的性能。     

复合石墨烯/硅半球的宽带太赫兹超材料吸收器

提出了一种性能可调的宽带、极化与入射角不敏感的超材料太赫兹吸收器,该吸收器自上而下分为四层结构,分别是:硅半椭球/半球体复合结构、连续石墨烯层、PDMS介质层和金属背板。通过在TE波垂直入射条件下仿真,在已知结果基础上,对不同石墨烯化学势和不同结构条件下的电场结果分析表明,在硅半椭球/半球体亚波长复合结构所形成的连续、多模法布里-珀罗共振,以及由石墨烯所激发的多个离散的等离子体共振的协同作用下,其吸收光谱得到平滑和扩展,使该结构可实现吸收率宽范围可调,以及接近100%吸收率的宽频带吸收特性。特别的,当石墨烯化学势分别为0.2与0.9 eV时,其分别可获得约5.7 THz与7 THz的宽带太赫兹波吸收（吸收率超过90％）,且其最大吸收率接近完美吸收（约99.8％）。此外,该结构还具有360°极化不敏感和高于60°的入射角不敏感等优异特性,在以上角度范围内,吸收器吸收率仍可保持到90%以上。在太赫兹波探测、光谱成像以及隐身技术等方面具有潜在的应用前景。     

太赫兹液晶器件的研究进展

基于液晶技术的太赫兹器件的研究开发已经成为该领域研究的重要方向之一。介绍了太赫兹器件的应用背景和太赫兹液晶器件的基本知识,并重点介绍了液晶在太赫兹频域的光电性质和材料特性,指出了若干有潜在可行性的液晶材料。在此基础之上对太赫兹液晶移相器、太赫兹可调液晶滤波器、太赫兹可调偏振器等液晶器件的设计原理和目前的研究结果进行了分析。最后,对太赫兹液晶器件的产品应用开发进行了总结分析,提出了此类元器件的研究开发方向。     

可调谐超材料太赫兹多频带阻滤波器理论研究

超材料的发展为太赫兹技术提供了良好的载体,使太赫兹器件得到飞速发展。滤波器作为其中重要的功能器件,实现了太赫兹波段的单频和多频滤波。文章提出了一种新型超材料太赫兹滤波器结构,该结构可同时应用于LC谐振和偶极谐振,实现了太赫兹滤波。重点对几何参数对器件滤波性能的影响规律进行了研究,通过优化滤波器关键结构参数,实现了良好的双频带和三频带太赫兹滤波。     

太赫兹电磁超材料完美吸收器的研究进展

电磁超材料完美吸收器独特的亚波长结构能够与入射电磁波产生有效的电磁共振,在特定的频率范围内能够达到近乎100%的完美吸收。近年来,电磁超材料完美吸收器,特别是太赫兹波段完美吸收器受到了国内外研究人员的广泛关注,取得了一定进展。综述了基于太赫兹波段的电磁超材料完美吸收器的研究进展,阐述了超材料吸收器的基本结构特征、性能以及理论模型,并对太赫兹完美吸收器的未来发展趋势以及应用前景作了简要探讨。     

用于空间领域的太赫兹技术研究概况

作为电磁波中从红外光到微波的过渡区,太赫兹波所具有的独特性能已得到了人们的广泛认识。随着太赫兹辐射源、太赫兹探测器等单元技术研究的不断成熟,美国、欧洲和日本已率先将其应用于空间天文观测、深空探测和对地气象环境监测等领域。重点总结了这些应用中的技术发展情况,并简要分析了太赫兹雷达与通信技术的研究状况和应用前景。     

聚四氟乙烯材料的太赫兹特性

太赫兹(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,太赫兹成像在安全检测和生产质量控制等领域日益受到重视。对成像材料的太赫兹特性的实际测量是太赫兹成像技术的重要组成部分。利用CO_2激光抽运太赫兹激光对聚四氟乙烯材料的太赫兹吸收特性和透过光斑轮廓进行了实验研究,获得聚四氟乙烯在70.51μm,96.5μm,118.83μm,122.4μm,158.51μm,184.31μm和214.58μm波长的吸收系数。     

太赫兹宽带非对称传输器件的研究

提出一款双层双L形太赫兹非对称传输器件,其结构单元由典型的金属-介质-金属结构组成,顶层为轴对称的双L形金属层,底层为中心对称的双L形金属层。在1.174~1.420THz范围内,当x极化波正向垂直入射时,该器件的非对称传输参数大于0.6,其中在1.207~1.377THz范围内非对称传输参数大于0.8,在1.334THz时非对称传输参数达到峰值0.859。最后,讨论了材料的选择和入射角度对器件非对称传输性能的影响。该非对称传输器件具有频带宽、非对称传输明显等特点,可用于太赫兹二极管、太赫兹开关等功能器件。     

太赫兹局域网介质访问控制层协议

为了实现基于太赫兹(THz)技术的超高速无线局域网的组网和通信,提出了一种采用星形网络结构和TDMA-CSMA混合接入机制的太赫兹超高速无线局域网介质访问控制(MAC)接入协议-MAC-T 协议。该接入协议从组网机制、接入机制、参数设置等方面进行了详细的研究设计,从而在理论上保障和促进在太赫兹无线局域网中实现10 Gbps以上的超高速通信。     

羰基铁材料太赫兹光谱研究

为了评估羰基铁材料在太赫兹波段的屏蔽性能,采用太赫兹时域光谱技术分别对参考样品、0.5 mm羰基铁样品和1mm羰基铁样品进行了透射光谱测量。分析表明,随着羰基铁样品厚度的增加,太赫兹时域光谱脉宽增加、峰值减小,频域光谱范围减小。羰基铁样品的最大屏蔽效能为66 dB左右。0.5 mm和1 mm羰基铁样品的屏蔽效能大于60dB的区间分别是0.76 THz～1.46THz和0.49THz～1.48THz。     

太赫兹技术及其应用研究的进展

过去十年来,太赫兹技术理论研究的蓬勃发展带动了太赫兹波应用领域的迅速扩大。本文概述了太赫兹波的产生、探测技术等基础研究的现状,重点介绍了近年来太赫兹波在物体成像、环境监测、军事和通信、医学和生物及其它几个应用领域的研究进展和最新研究成果。     

基于超短激光脉冲泵浦砷化铝镓多层异质结构的宽带太赫兹辐射产生研究

半导体异质结构具有良好的束缚载流子的能力与产生大功率太赫兹辐射的潜力。但由于异质结构中等离子体非相干振荡的干扰效应造成了太赫兹辐射强度的大幅度降低,因此能够在基于砷化铝镓（）多层异质结构并通过调节其中铝的摩尔分数来调节窄带隙层的吸收系数,从而使得异质结构每一个窄带隙层的激发载流子数目大致相同,达到几乎完全消除干扰效应的目标。基于砷化铝镓多层异质结构的太赫兹辐射产生模型,结合数值计算研究了宽带太赫兹辐射的输出特性,获得泵浦激光脉冲宽度与产生的太赫兹脉冲之间的定量关系,并分析了泵浦激光脉冲参数对产生的太赫兹脉冲各项参数的影响。本项研究为开展半导体材料与器件相关的宽带太赫兹辐射源提供了一定的理论参考。     

基于超材料的太赫兹分波器的研究

本文提出了一种基于超材料的太赫兹分波器,其结构单元由上下两层"一"字型金属线以及中间的石英介质构成.此分波器工作在太赫兹通信窗口,将中心频率为0.225 THz和0.300 THz的两束太赫兹波分离,其隔离度分别为34 dB、47 dB,插入损耗分别为0.19 dB、0.04 dB,分波器的群延迟稳定.另外,也对分波器...