光子辅助的宽带太赫兹通信技术

首先,介绍了光子辅助的宽带太赫兹通信系统中的关键技术.然后,介绍了大容量和长距离太赫兹无线和有线通信技术方面的研究进展.采用这些关键技术,先后实现了太赫兹信号超过1 Tbit/s的无线传输,以及超过100 Gbit/s太赫兹信号在无太赫兹放大器的情况下无线传输54.6 m.最后,介绍了采用空芯光纤进行有线传输超过100...     

基于量子噪声流加密的光子太赫兹安全通信技术

作为下一代无线通信的关键技术之一，太赫兹通信面临的安全性问题越来越受关注。QNSC技术具有结构灵活、支持与现有网络融合等优点，在实现大容量、高速率的无线安全通信方面具有巨大的潜力。从太赫兹通信链路面临的窃听和干扰等威胁出发，详细阐述了QNSC技术的基本原理并介绍了QNSC与光子太赫兹通信的无缝融合技术，最后实验验证了净速率达16 Gbit/s的太赫兹安全无线传输。     

光子太赫兹通信技术

随着无线数据传输速率需求的爆炸式增长,太赫兹频段(0.1~10 THz)以其丰富的频谱资源备受关注。太赫兹光子学的通信技术因具有超宽带、调制效率高、谐波干扰小等技术优势,被公认可以极大地促进数据传输速率向Tbit/s发展。本文以光子太赫兹通信3个方面关键技术的综述分析为基础,包括光子太赫兹通信的收发器件、基带信号处理技术、系统架构与实验验证等,探讨光子太赫兹通信技术的发展趋势,并从宏观与微观尺度展望光子太赫兹通信的潜在应用场景。     

大容量光子辅助亚太赫兹无线通信系统演示

光子辅助技术路线有助于实现高频无线通信与光纤有线传输的无缝融合，是6G网络实现大容量无线通信潜在的关键使能技术之一。针对光偏振复用信号的桥接传输，提出了基于单输入单输出无线链路的透明传输方案，可有效解决传统2×2多输入多输出无线链路中长距离传输多天线对准困难、双通道间串扰大和信道不均衡等难题。采用提出的方案基于单通道分别实现了离线超400 Gbps和实时125 Gbps超100米距离的大容量光子辅助亚太赫兹无线通信系统演示。     

光电融合智能太赫兹的体系架构和关键技术

与广泛应用的以微波为代表的无线系统和以光纤为代表的有线系统相比,太赫兹除了其特殊的频谱特性外,人们期待太赫兹频段用于无线系统能突破微波系统的带宽限制,实现可与光纤系统相媲美的大带宽,并具有无线系统的灵活性和智能化。但如何实现宽带、智能以及具有较远作用距离的太赫兹系统,面临极大的挑战性。本文介绍了光电融合智能太赫兹的体系架构,重点讨论了基于光电融合的太赫兹源、接收检测、阵列天线以及太赫兹光电混频器等关键技术的国内外研究进展与进一步发展方向,以期解决单纯的电子学方式或光子学方式存在的难以克服的瓶颈限制。     

太赫兹波导器件研究进展

近年来,太赫兹科学技术的发展极为迅速。与此同时,以波导为基础的、用于太赫兹传输的器件应运而生,其中主要包括：太赫兹金属波导、太赫兹光子晶体波导、太赫兹光子晶体光纤、太赫兹聚合物波导、太赫兹塑料带状波导、太赫兹蓝宝石光纤等。为此,就国际上太赫兹波导器件方面的研究进展和最新动态进行了较详细的分析和归纳总结。     

二氧化钛光子晶体波导的太赫兹波传输特性

本文应用时域有限差分法研究了二维二氧化钛光 子晶体波导的禁带范围和太赫兹波的 传输特性,分别设计了带隙宽度为0.226 THz 、0.2728 THz和0.316 THz的直线型、直角型和T 型二氧化钛光子晶体波导结构。研究发现,相比传统波导,本文设计的二维二氧化钛光子晶 体波导不仅在直线路径中有较高的太赫兹波传输效率,而且在转角的路径中也有很高的太赫 兹波传输效率。此研究结果为太赫兹器件的设计和制作提供重要理论依据,为高速宽带无线 通信系统的发展提供重要理论借鉴。     

太赫兹探测与通信技术新进展

回顾了太赫兹技术的最新进展,并总结了未来的几个重要方向,重点介绍几种关键的太赫兹技术,包括太赫兹源、太赫兹传输、太赫兹调制和太赫兹检测。简要介绍了当前太赫兹技术的发展现状和应用情况,如射电天文学、物体无损检测、医疗成像、安检等太赫兹探测应用和太赫兹通信概况。对太赫兹探测和通信最新技术进展进行了回顾,给出了该领域的前瞻研究方向。     

新型太赫兹光子晶体OAM光纤设计

太赫兹通信兼具微波通信和光波通信的优势,是解决通信容量紧缺难题的最有效技术手段之一。针对太赫兹波段吸收损耗严重及抗外在扰动差,难以支持长距传输问题,设计了一种基于环形光子晶体光纤(PCF)结构的新型太赫兹光纤。以现有常见材料作为光纤基底材质,通过创新光纤结构中空气孔排布方式,抵消材料高吸收损耗,以支持高性能轨道角动量(OAM)模式传输。选择最优参数,实现6个OAM模式群的高模式质量、低限制损耗和宽带宽的稳定传输。在0.2~0.9 THz宽波段内,实现模式纯度超过88.9%,限制损耗小于10^-7 dB/m。通过软件仿真实验设计,解决了太赫兹与OAM技术相结合的关键问题,为模分复用(MDM)技术在太赫兹通信系统的应用奠定了理论研究基础。     

太赫兹技术的发展现状及应用前景分析

简要介绍了太赫兹辐射源和太赫兹探测器,特别是THz量子级联激光器（QCL）和THz量子阱红外光子探测器（QWIP）的原理、特点及研究现状.分析了太赫兹技术工程应用前景及限制因素.指出作用距离是决定太赫兹技术应用的关键因素之一.如果太赫兹辐射在大气对流层内传输时的衰减问题不能得到有效解决,那么太赫兹技术在地面或海上的应用可能受到严重制约.基于机载或星载平台的太赫兹雷达或通信,则具有诱人的应用前景.     

基于光子晶体的太赫兹微带贴片天线的设计

本文设计了一个以二维光子晶体为基底用于太赫兹无线通信的微带贴片天线（0.4-0.6Thz）。太赫兹波介于微 波和光频之间,占有很大的带宽,随着人们对通信质量的要求越来越高,太赫兹通信将成为必然趋势。用二维光子晶 体做基底,有抑制表面波,提高天线的方向性,增益和效率等特性。文章中设计的天线的带宽,增益和方向性分别达 到了31.7%,6.7DB 和8.5DBi,为未来短距离无线通信和太赫兹空间通信提供了参考。本文选用了CST 仿真软件。     

基于THz QCL 和THz QWP 的数字通信演示系统

随着无线通信速率需求的增加和材料生长、器件工艺制作水平的提高,太赫兹（THz）通信已成为未来高速无线通信系统发展的一个重要方向。介绍了太赫兹通信的特点以及国际上太赫兹通信系统的发展现状,并报导了一种利用太赫兹量子级联激光器（THz QCL）作为发射源,太赫兹量子阱探测器（THz QWP）作为接收器的太赫兹数字通信演示系统。该系统采用On-Off-Key（OOK）调制和直接强度检测方式,通信频点为3.9 THz,通信距离为2.2 m,传输速率可达1 Mbps 以上。最后探讨了该系统的带宽限制因素及其在通信速率方面的潜力。     

新型高速调制太赫兹波调制器理论研究

提出一种基于复式三角晶格光子晶体的新型高速太赫兹波调制器。该调制器采用点、线缺陷组合的结构,通过在点缺陷处填充非线性光控材料聚苯胺,实现对太赫兹波的通、断调制。基于RSoft软件仿真结果表明：该结构光子晶体太赫兹波调制器的插入损耗为0．31dB,消光比为21．7dB,响应时间为100ps,调制速率为10GHz。这种新型的光控光子晶体调制器在将来的高速太赫兹通信系统中具有重要的应用价值。     

地空路径太赫兹波雨天衰减特性分析

雨滴的散射和吸收作用会严重增加地空链路上太赫兹波的传输损耗,降低无线通信的性能。为实现太赫兹波在地空链路上的传输应用,必须对太赫兹波在降雨环境中的传输特性进行深入研究。本文对原有的雨衰模型进行了修正,基于Mie理论,分析了降雨率的变化对地空链路上太赫兹波传输的影响,并与原有模型的计算结果进行了对比。结果表明：在整个太赫兹频段,雨衰减损耗会随降雨率的增加而增大,随频率的增加先增大后减小,且高频太赫兹波段相对0.1～1 THz频段范围的雨衰损耗更小;同时,当频率超过1 THz时,大气窗口越靠近10 THz,损耗越小,在降雨天气环境进行无线通信传输时将更具有通信优势,且频率越低,天顶角越大,模型修正前后的差异性更加明显。     

无线通信应用太赫兹技术研究进展

在过去的几年里,由于不同频段电磁频谱的传播特性差异、对带宽需求以及技术利用能力提升,无线通信应用的电磁频谱不断提高。在通信领域,为满足无线数据传输需求的爆炸性增长,特别是5G通信的发展,毫米波中低频段应用已经成功实现工程化并开始商业化。而对于以光波为载体的更高频率电磁波的光通信,也已经发展了几十年。在常规无线电波(毫米波)与常规光学(远红外)之间,存在着一段长期未能有效利用的空闲频谱资源,目前被统称为太赫兹频段(0.1~10 THz)。太赫兹频段在高速无线通信领域具备明显优势,成为有潜力的6G通信核心技术。可以预见,对这项技术的使用将助力6G通信实现网络全覆盖、高度智能化及网络安全性全面提升的愿景。文章主要关注通信领域,重点介绍了太赫兹频段的特点、构建太赫兹系统功能的器件类型与工艺集成实现技术。最后,预测了太赫兹通信技术的一些应用场景,进而显示出该技术对通信领域和人们日常生活的促进作用。     

0.14 THz 10 Gbps无线通信系统

太赫兹通信由于其固有的宽带特性,在Gbps以上的高速无线通信领域受到广泛关注。本文描述了一种工作在0.14 THz频段的无线通信系统,传输速率达10 Gbps。该系统基于超外差结构,中频采用数字信号处理技术进行16QAM高阶数字信号调制解调,依靠肖特基二极管次谐波混频技术实现从中频到太赫兹信号的频谱搬移。目前该系统已经通过了500 m 10 Gbps距离无线传输实验验证,通信频段为133.8 GHz～137.4 GHz,带宽3.6 GHz,发射功率0 dBm,传输误码率低于10-6。     

宽带调谐光子晶体光纤多功能太赫兹器件

基于液晶分子的指向矢随外加电场改变而变化的特点,设计了一种新型电场调制液晶太赫兹器件。利用全矢量平面波展开法和光束传播法分别研究了光子晶体光纤的带隙位置和传输光谱的电场分布。同时,利用时域有限差分法计算了液晶分子指向矢随外电场的变化关系。结果显示该器件不仅可以在0.55 THz的宽带范围内实现开关功能,且具有耦合损耗低、消光比高等优点,消光比为30.78 dB。当太赫兹波的入射频率满足光纤的单偏振条件时,该器件还具有偏振控制功能,能够改变传输模式的偏振状态。