具有双电光分子的聚合物型太赫兹波探测器件

与传统的无机晶体材料相比,电光聚合物材料具有更高的电光系数,并且没有声子吸收问题,由此构成的太赫 兹波探测器件具有更高的效率和带宽。但是侧基型和主客体型的电光聚合物具有电光系数偏低和相分离问题,这些缺点 限制了这类材料的应用。具有双电光分子的聚合物材料可以克服上述问题,利用这种材料构成共面插指结构的太赫兹波 探测器件效率可提高80%,带宽可扩展到9THz,并且器件具有良好的稳定性。     

序言——加强太赫兹科学技术基础和应用研究

太赫兹（Tera—Hertz,THz）波是指频率在0．1THz～10THz（波长在3mm～30μm）范同内的电磁波,该频段介于毫米波与远红外光之间,是一个人类尚未充分认知和利用的频段。同微波相比,亚太赫兹和太赫兹波具有高出1～4个数量级的带宽,同光波相比,太赫兹波具有更高的能量转换效率和炯雾穿透能力,因此太赫兹波作为通信和雷达的新手段,可以极大地提高通信系统的容量和雷达的分辨率,以及保密性和抗干扰抗截获性能等。太赫兹波具有比X射线更低的能级和对非金属材料的穿透性,可以广泛应用于医学成像、安检、材料检测与结构分析、特殊过程测量等领域。     

序 言——加强太赫兹科学技术基础和应用研究

太赫兹(Tera-Hertz,THz)波是指频率在0.1 THz~10 THz(波长在3 mm～30 μm)范围内的电磁波,该频段介于毫米波与远红外光之间,是一个人类尚未充分认知和利用的频段。同微波相比,亚太赫兹和太赫兹波具有高出l~4个数量级的带宽,同光波相比,太赫兹波具有更高的能量转换效率和烟雾穿透能力,因此太赫兹波作为通信和雷达的新手段,可以极大地提高通信系统的容量和雷达的分辨率,以及保密性和抗干扰抗截获性能等。太赫兹波具有比X射线更低的能级和对非金属材料的穿透性,可以广泛应用于医学成像、安检、材料检测与结构分析、特殊过程测量等领域。     

太赫兹新型探测器的研究进展及应用

太赫兹波由于其独特的光学和电学性质,在物理学、生物学、公共安全检查、局域通信、信息安全、环境监测、无损检测和国防科技等民用或军事领域都有着广阔的应用前景。太赫兹探测器作为太赫兹领域的核心器件,在太赫兹系统中扮演着重要角色。因此太赫兹探测器的性能,决定了太赫兹系统的应用市场。近年来,太赫兹探测器的发展已取得突破性的成果,但是太赫兹探测器还存在着一些普遍的问题,制冷的太赫兹探测器虽然有响应速率快和噪声等效功率低等优点,但是其紧凑性不好,并且成本较高。室温可工作的太赫兹探测器虽然不需要制冷环境,但是噪声等效功率偏大,灵敏度也不高。该综述从太赫兹探测器的制备材料和器件形式等方面,阐述了太赫兹探测器的发展现状及其应用领域。     

ZnTe晶体对太赫兹波的电光响应及极化匹配

给出了ZnTe电光晶体折射率和吸收系数随太赫兹波频率而变化的计算曲线,比较了太赫兹波在ZnTe中传播时的相速度和群速度。通过与太赫兹频率和晶体厚度相关的电光效率响应函数,理论计算了ZnTe电光晶体对太赫兹脉冲的探测电光响应,得到了晶体厚度与探测到的太赫兹频谱宽度的定性关系,从计算结果中找到了ZnTe电光晶体在5.3 THz和6.2 THz等多个频点的探测盲点,这些探测盲点来自于ZnTe电光晶体与相应频点太赫兹波的栅格共振吸收。结合自制的大口径太赫兹光导天线和1 kHz脉冲重复频率的太赫兹时域光谱实验系统,通过差分探测技术,从实验上得到了太赫兹波极化方向与〈110〉型ZnTe晶体晶轴方向的六个最佳匹配角度,给出了太赫兹电场最大值随晶轴与太赫兹波极化方向之间夹角变化的曲线及经验公式,这将有利于在实践中对该现象的深入理解和对探测灵敏度的有效提高。     

基于石墨烯材料的太赫兹波探测器研究进展

太赫兹波具有瞬态性、宽带性、穿透性和低能性等一系列独特性质,使其在材料研究、信息传递、环境检测、国防安全、医疗服务等方面展现了非常广阔的应用前景。作为该领域应用的关键,太赫兹探测器得到科研人员极大的重视。一般来讲,探测器的性能很大程度上依赖于基质材料的特性。石墨烯具有2个非常重要的优势,一是石墨烯具有线性能带结构,使得能够吸收太赫兹波;二是石墨烯具有超高载流子迁移率,能够进行超快探测。因此,石墨烯基有望成为太赫兹频段新一代高性能探测器的基质材料。详细综述了近几年关于石墨烯基太赫兹探测器的发展状况。     

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。     

采用CMOS太赫兹波探测器的成像系统

太赫兹波成像技术在生物医疗和安全检测等领域具有广阔的应用前景。针对新一代信息技术对便携式太赫兹波成像设备的需求，设计了基于CMOS太赫兹波探测器的成像系统。该系统包括一款CMOS太赫兹波探测器、片外模数转换器（ADC）、FPGA数字信号处理器、二位步进机、四个抛物面镜和太赫兹波辐射源等。CMOS太赫兹波探测器集成了片上贴片天线以及作为检波元件的NMOS晶体管，探测器由180 nm标准CMOS工艺制成。太赫兹波探测器的输出被片外模数转换器（ADC）采集并转换为数字信号，该数字信号被FPGA采集并传输到电脑上成像。所有上述元件均被装备在印刷线路板（PCB）上以减小系统体积。该系统实现了透射式太赫兹波扫描成像而无需斩波-锁相技术，并给出在860 GHz的太赫兹波照射下隐藏在信封内部金属的成像结果。     

太赫兹波段FSS带通滤波器的分析与设计

用HFSS仿真软件设计并分析了太赫兹频段的频率选择表面带通滤波器。其中缝隙滤波器的中心工作频率为0.346THz,透过率达到99.37%,3 dB带宽可以达到75 GHz。3层方环级联带通滤波器的通带比缝隙滤波器通带更为平坦,3 dB带宽达到了100 GHz,矩形系数也有大幅度提高。两种滤波器在不同极化波和相同极化波不同入射角度入射时都有很好的频率稳定性,并且中心工作频率在太赫兹大气窗口,可适用于太赫兹通信。     

基于频率选择表面的三通带太赫兹滤波器的设计与分析

目前三通带太赫兹滤波器存在通带带宽差异大的问题。为了提高太赫兹滤波器三通带的带宽均匀性，设计了一款基于频率选择表面的三通带太赫兹滤波器，其结构由三个嵌套式“十”字环金属贴片、“十”字金属贴片和聚酰亚胺衬底三层结构组成。当太赫兹波垂直入射到滤波器表面时，在0.1～0.862 THz范围内形成三个滤波通带，各通带的峰值透射系数约为0.9,具有较好的通带性能，并且通带之间的传输零点的透射系数都在0.07以下，带外抑制良好。各通带的3 dB带宽的最大通带比约为1.29,10 dB带宽的最大通带比约为1.13,具有较好通带均匀性。三个工作通带的矩形系数均大于1.7,通带边沿陡峭，频率选择性良好。该滤波器具有透射系数高、带宽差异小、结构简单和易于加工等特点，其在太赫兹的多信道通信领域具有广阔的应用前景。     

砷化镓类半导体材料在太赫兹波段的透射特性研究

首先给 出了利用光电导天线产生的太赫兹波的时域和频域光谱,进而,基于搭建的太赫 兹时域光谱系统, 并采用透射光谱法分别测量了砷化镓类型的三种半导体材料在太赫兹波段的透过率。结果表 明,基于光电导 天线产生的太赫兹波在0~2THz范围内,光谱比较稳定,频率带宽比 较宽;砷化镓半导体材料在0~2.0THz 范围内的透过率的变化相对较小,具有较高的透过率(>60%),并且 明显优于碲化锌以及碲化镉半导体 材料在太赫兹波段的透过率。因此,相比于碲化锌以及碲化镉半导体材料而言,砷化镓半导 体材料更适用于设计宽频带的太赫兹功能器件。     

低维材料太赫兹探测器研究进展（特邀）

太赫兹技术在无损检测、生物医学、工业检查、环境监测、局域通信和国防安全等领域具有广阔的应用前景。太赫兹系统中太赫兹探测器是其核心器件,其性能决定了太赫兹系统的应用市场,是推动太赫兹技术进一步发展的重要研究方向之一。但是,太赫兹波段较低的光子能量使得实现高速、灵敏的太赫兹探测颇有挑战。随着纳米技术和新材料制备技术的进步,低维材料的高迁移率、宽响应频带等性能为太赫兹探测器提供了新的机遇,低维材料太赫兹探测器得到广泛关注,其主要优势是高灵敏度、宽频带和低噪声,在近年来取得了显著的研究进展。虽然太赫兹探测器已经取得突破性发展,但各类太赫兹探测器仍然存在一些问题。在此背景下,文中从太赫兹探测器的分类出发,简要介绍了测辐射热计、热释电探测器、等离子体共振探测器和热载流子调控探测器的物理机制以及最新研究进展,并展望了未来低维材料太赫兹探测器的发展方向。     

高迁移率ZnO纳米线的太赫兹探测器应用

报道了一种使用氧化物纳米线(ZnO)构建的新型太赫兹探测器。首先合成了高品质的ZnO纳米线,并且以此制备了场效应管。通过电输运测量得出ZnO纳米线具有高的开关比和良好的场效应迁移率,因此ZnO纳米线可作为基于一维场效应管模型的太赫兹探测器的感应端。在室温下不同强度的入射太赫兹波(0.3 THz)都可引起光电压。此外,进一步的分析证明太赫兹波的光敏效应是由于ZnO样品自身的高迁移率引起的,这也说明了氧化物纳米电子学将在太赫兹领域得到更广阔的应用。     

太赫兹及红外吸波超材料研究进展

随着超材料研究的不断发展,基于超材料结构设计的一系列太赫兹及红外吸波体引起了国内外广泛关注。由于具有高效的吸波性能,太赫兹及红外吸波超材料在现代隐身技术、节能、绝热、生物化学光谱、红外成像、传感和安检等领域具有广泛的应用前景。通过紧密跟踪国内外太赫兹及红外吸波超材料的最新研究进展,讨论总结了太赫兹及红外吸波超材料的吸波机理。由于材料依靠增强电场强度来实现对电磁波的吸收往往比靠材料本身的损耗吸收电磁波有更高的效率,与传统吸波材料的工作原理不同,超材料在太赫兹及红外波段主要依靠亚波长单元结构的设计,降低其等离子体频率,从而实现表面等离激元场增强效应(SPPs)。基于此,总结归纳了太赫兹及红外吸波超材料研究中3种有效降低等离子频率的方法,分别为金属表面的周期性结构设计、半导体材料的掺杂和新型碳纳米材料的引入,更加清晰地阐明了表面等离激元场增强效应实现方式。同时,对太赫兹及红外吸波超材料今后的发展给出了自己的认识。     

太赫兹波探测器技术研究进展

对现有的几种常见太赫兹探测技术进行了总结,介绍了探测太赫兹脉冲信号的THz-TDS技术、外差探测的相干探测技术以及基于热吸收的直接探测技术。分析了等离子波探测器相对于传统电子和光子探测器的优势,并重点介绍了以石墨烯为材料的新型太赫兹探测器的研究进展。     

太赫兹超材料和超表面器件的研发与应用

太赫兹光电子学的兴起推动了太赫兹波产生、传输和探测3方面理论和器件的快速发展。通过调控亚波长金属结构与太赫兹波相互作用的特异光学响应,太赫兹超材料和超表面器件已在太赫兹光束整形、导波和调制方面显示了巨大的潜力和优势,并可能推动太赫兹光源和探测器的发展。进一步发展和丰富太赫兹超材料和超表面器件,也将对太赫兹波在传感、通信和雷达等应用方面产生有益影响。本文综述了首都师范大学超材料与器件课题组近年来在太赫兹波段开展的基于超材料和超表面材料的光谱调制器件、光场调制衍射光学元件和主动光学元件的工作,介绍了超材料与器件的基本物理理论以及相应的实验研究成果,希望能够推动超材料与超表面太赫兹调制器件的发展与应用。     

镀膜太赫兹聚合物管的传输特性研究

设计了一种具有良好传输特性的太赫兹聚合物管。利用HFSS仿真分析太赫兹聚合物管的传输特性,其S参数较为理想,传输损耗小且传输系数大于0.96。但是太赫兹聚合物管的场分布中存在仿表面等离子体现象,这会使太赫兹聚合物管的传输特性劣化。进而,采用三种不同的镀膜方式对太赫兹聚合物管镀金属膜,发现镀膜可以有效抑制太赫兹聚合物管场分布的仿表面等离子体现象,使场分布更均匀、更稳定。并且,对比这三种镀膜方式发现内壁镀膜时太赫兹聚合物管的传输特性最优,而内外镀膜时最差。因此,太赫兹聚合物管镀膜宜优先选用内壁镀膜,可以简化工艺和降低成本。     

室温微测辐射热计太赫兹探测阵列技术研究进展(特邀)

在室温太赫兹探测技术领域中,热敏微桥结构的太赫兹探测器具有探测波段宽、阵列规模大、集成度高、实时成像等显著特点。文中对室温太赫兹探测技术、基于热敏材料的太赫兹探测技术国内外发展现状进行了综述,分析了基于氧化钒薄膜微桥结构的非制冷长波红外焦平面探测技术,存在着太赫兹波低吸收探测性能弱的不足,针对太赫兹波探测进行优化设计,同时介绍了电子科技大学在太赫兹探测阵列吸收结构方面的部分研究工作。     

光电导太赫兹天线及其研究进展

太赫兹科学技术是一门新学科,其关键技术是太赫兹波的产生。光电导天线是目前产生宽频带太赫兹波最重要的方法之一。光电导天线的几何结构对提高天线在太赫兹频段的效率、方向性、带宽等都非常重要。因此有必要对光电导太赫兹天线的各种几何结构和国内外研究进展做较为全面的评述,对其中存在的问题和解决思路进行分析,对未来研究发展的方向进行探讨。     

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。