方兴未艾的太赫兹生物医学传感器

太赫兹生物医学传感器在当前研究中属于一个热点,其工作原理主要依托人工周期性电磁媒介或二维材料构建电磁亚波长结构,与入射的太赫兹波相互作用时,引发类似表面等离子体共振现象,产生的局域电磁场增强效应对周围的介电环境敏感,从而改变太赫兹光谱中共振的品质因子与谐振频率,实现对生物分子的高灵敏度检测和分析。围绕近几年的研究现状,从生物传感器的类型及其在生物医学等领域的应用分别加以阐述,讨论了太赫兹生物医学传感器所面临的挑战和发展前景,旨在提供一些有价值的建议。     

太赫兹波段光子晶体温度传感器的研究

使用对太赫兹波段有吸收效应的掺杂硅设计光子晶体结构,使得在光子带隙内的光波被吸收,并加上金属反射镜面将光子晶体的吸收峰和法布里-珀罗(F-P)谐振吸收峰结合,使此结构在0.29～0.31 THz波段达到宽频吸收,并且在0.31～0.34 THz波段通过测量光子晶体的反射率可以计算出对应温度。在使用商业电磁仿真软件CST2014仿真和优化参数后,反射率对应温度变化的变化范围是0.09～0.36,即最大值与最小值有4倍之差,这一特性表明,此结构的反射率变化随温度变化十分明显,是一款十分灵敏的温度传感器。此外,在入射角不大于40°时,结构性能依然良好。     

掺硫硒化镓晶体在太赫兹波段的光学特性

利用太赫兹时域光谱技术测量了掺硫硒化镓(GaSe1-xSx)晶体在太赫兹波段的光学参数,包括折射系数、吸收系数等.使用自由空间电光取样法获得了太赫兹电磁波的脉冲波形.对不同硫掺杂量的硒化镓晶体进行了研究,在硫的掺杂量为0,0.01,0.14,0.26,0.37时,在0.2-2.0THz测得了GaSe1.S.的折射系数、...     

三种橡胶材料的太赫兹光谱研究

本文利用太赫兹时域光谱技术研究了氯丁橡胶、丁腈橡胶和三元乙丙橡胶在0.2～1.8 THz频段的光学性能和光谱特性,得到了三种橡胶的时域谱、折射率谱和吸收谱,进而计算橡胶在0.2～1.8 THz频段的吸收系数和折射率,结果表明可以通过吸收系数与折射率来区分不同种类的橡胶。这种方法为认识橡胶对太赫兹波的响应机制提供了科学依据,有望为橡胶材料鉴别提供一种有效的分析手段。     

基于太赫兹光谱的人参和西洋参鉴别

为了快速区分人参和西洋参,依据两者所含的人参皂苷在太赫兹波段具有不同指纹光谱,提出了一种基于人参皂苷的太赫兹光谱鉴别人参和西洋参的方法。采用MATLAB软件识别人参和西洋参的太赫兹光谱,同时根据太赫兹光谱特征并通过标准的主成分分析(PCA)区分出人参、西洋参。实验结果表明,基于太赫兹光谱的主成分分析可精确区分出人参、西洋参,并且还可以应用于其他类似物质的区分中。     

一种基于FSS的太赫兹滤波器特性分析

基于太赫兹频段,为研究太赫兹滤波器的滤波特性,提出了一种基于频率选择表面(FSS)的反射型偏振太赫兹滤波器.通过分析不同旋转角度的滤波器透过性,得出该结构的滤波器具有中心反射率高,谐振频率拓展范围大等优点.优化计算结果表明,当FSS结构设计成不同的旋转角度时,可将中心频率控制在0.58～0.72 THz(动态可调范围约...     

太赫兹技术及太赫兹仪器的发展趋势

（＂2012太赫兹科学仪器及前沿技术专题研讨会＂的报告摘要）随着太赫兹科学技术的飞速发展,对太赫兹科学仪器也不断提出新的需求,不仅推动了太赫兹科学仪器的快速发展,也催发了太赫兹前沿技术的不断涌现。     

太赫兹技术在石油领域的应用进展

石油工业是近代世界工业革命最重要的推动力之一,石油工业对人类文明的发展贡献巨大,因此需要一种快速、可信和简便的无损检测技术来互补于传统的傅里叶变换红外光谱、X射线及近红外光谱技术。太赫兹技术具有高的时间分辨率、相干探测、低能性及相对简单的测试与数据处理方法等优点,在汽油、柴油、润滑油、润滑油基础油、润滑脂、油水混合物、植物油、烃类分子、塑料和有机溶剂中被广泛应用,为石油领域的光谱学研究提供了新的分析手段,显示出了广阔的应用前景。本文从五个方面综述了国内外太赫兹技术在石油领域的应用,主要包含太赫兹技术在油气资源探测与运输、石油炼制、石油精制、石油工业气体以及基础研究的应用现状和发展前景,对太赫兹技术在石油领域的应用进行了展望。     

基于温控系统的太赫兹可调谐滤波器

集成太赫兹滤波器是实现集成太赫兹通信系统的基本器件之一,为了使太赫兹滤波器实现片上可调,提出了基于温控系统的太赫兹可调谐滤波器。相比于其他的太赫兹滤波器,提出的片上可调谐滤波器的调谐方法简单,尺寸小,可以很好地与其他太赫兹器件集成到晶片上。利用温控系统改变晶片的温度,再利用硅材料的热光效应改变折射率,使得微环耦合状态发生变化,从而让太赫兹滤波器的谐振峰发生漂移。在将加热片从30℃逐渐加温到90℃的过程中,太赫兹可调谐滤波器在180 GHz附近的谐振峰中心频率从180.453 GHz逐渐减小到180.224 GHz,变化范围为0.229 GHz,谐振深度从-68 dB逐渐变化为-44 dB,半高宽由原来的0.040 GHz逐渐变为0.246 GHz。     

基于超表面的新型太赫兹功能器件研究

太赫兹技术自被发现以来,凭借其自身独特优势,迅速引起了人们的广泛关注,其主要包括太赫兹源技术、太赫兹器件和太赫兹探测技术。其中,太赫兹器件与多个领域结合紧密,在生物医疗、半导体封装、无损检测、食品农产品、太赫兹通信材料表征等方面有广泛应用。超材料具有独特的结构优势,可以人为设计、选材,将超材料引入太赫兹器件使得太赫兹器件可以被人工设计成所需要的效果,从而为多个领域提供技术、器件支持。从太赫兹器件的构成、加工流程、应用、太赫兹器件对太赫兹波的调控原理以及当今存在的主要太赫兹技术等方面对太赫兹器件进行了研究,并对其发展前景做出了展望。     

熔锥型光纤耦合器流变成形的工艺敏感性研究

基于理论与实验研究,建立了光纤耦合器熔融拉锥过程的粘弹流变力学模型,并给出了光纤耦合器非均匀温度场条件下的流变过程数值分析,获得了拉锥速度、熔融温度等流变工艺参数对器件应力分布与器件性能的影响规律。特别是熔融温度对器件应力分布的影响极为突出,熔融温度变化5℃可导致最大应力变化30%,同截面的应力差值改变20%,温度梯度变化3%可以导致锥区截面的应力差值改变90%。并发现在目前的流变工艺条件下,光纤耦合器易产生耦合区析晶、锥区微裂纹等流变缺陷,目前的流变制造技术与设备难以实现器件的微观结构与折射率均匀分布。该研究为光纤耦合器流变制造工艺与设备的改进、优化提供了基础。     

基于Shi-Tomasi的太赫兹人体图像边缘物体识别

为了提高太赫兹安检系统对人体图像边缘物体识别的准确率,提出了一种基于Shi-Tomasi算子的角点特征识别算法.首先对原始图像进行预处理,经二值化、腐蚀膨胀、边缘平滑后消除人体轮廓中孤立的噪声和边缘刺峰;然后将Shi-Tomasi算子筛选后的人体轮廓强角点与垂直方向阈值范围内的相邻角点连线,并根据连线两侧遍历像素变化点...     

基于石墨烯太赫兹调制器的研究

利用石墨烯的电导率可以通过电压调节的特性,研究了一种基于单层石墨烯的太赫兹调制器。为了提高太赫兹-石墨烯相互作用强度,调制器采用一种石墨烯-金属复合结构。全波电磁数值仿真结果表明,在反射工作模式下,该器件在3.5 THz的调制深度大于90%。采用平面半导体工艺,实现了调制器原型器件,并对其反射谱进行了测试,实验数据与仿真结果相符,这为以后实现高质量的太赫兹调制器奠定了基础。     

太赫兹介质波导与金属波导模式转换的设计

为实现太赫兹介质波导与金属波导之间模式的转换,设计了一种低损耗、高耦合效率的锥形波导耦合器。通过有限时域差分法（FDTD）对该结构的传输效率进行了仿真优化。仿真结果表明：锥形波导耦合器在170～220 GHz频段,其基模的传输损耗极低;在190～200 GHz频段,其TM基模的传输损耗接近无。该功能器件可以用于集成太赫兹芯片的耦合。     

锥面联接的压入受力分析及其仿真

基于某设备搅拌轴上的锥面过盈联接,结合锥面角度因素和实际受力情况,建立关于压入过程中压入力和传递扭矩所需锥面间结合压力间的关系。在此基础上,使用ANSYS Workbench进行仿真,通过对锥轴施加相应的压入力,得到锥面接触面上的压力分布情况。仿真得到的结合压力与理论计算值基本吻合,也验证了锥面间结合压力与压入力之间的关系,为其实际应用提供了理论指导。     

圆锥量规锥度的高精度光学干涉法测量

针对超精密数控机床对圆锥量规锥度高精度测量的需求,研究了一种将“大数”和“小数”相结合,准确测量圆锥量规锥度的方法.介绍了锥度测量系统的基本原理及组成,给出了实验测量结果,分析了测量系统的不确定度.该测量方法利用最大分度间隔误差为0.10〞的多齿分度台构成高准确度分度系统保证测量“大数”部分的准确性,采用激光偏振干涉装...     

基于太赫兹波谱的液体极性测量

太赫兹波能与极性液体的氢键发生强烈的共振吸收作用,分子极性越大,吸收作用越强。基于此特性,在0.2～1.0 THz波段利用太赫兹时域光谱技术对甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇四种一元醇液体的极性进行检测研究。根据测量得到的四种液体太赫兹波谱数据,得出了液体的极性与其太赫兹波谱的关系式,再利用此关系式求得四种液体的计算值。通过对四种液体极性的标准值和计算值比对,验证了所得液体极性求取公式的有效性。研究结果表明,四种不同液体的时域光谱因分子的极性差异有显著的不同,所用的液体极性测量方法能够对液体的极性进行快速有效的检测与鉴别,可为其他液体极性的检测提供参考。     

太赫兹金属弹簧波导的研究

为深入了解金属弹簧波导对太赫兹波的传输效果,对不同螺线间距金属弹簧的太赫兹波传输特性进行了实验研究。实验结果表明,对于线径0.8 mm、外直径12 mm、长14 cm的金属弹簧,在3.5/4.4 mm等较大的螺距下,弹簧波导反而能在较大的带宽下传导太赫兹波,并具有良好的偏振保持能力。3.5/4.4 mm螺距弹簧的太赫兹传输带宽均约为0.9 THz,且在其峰值频率处的传输损耗分别约为0.2 cm-1和0.27 cm-1。此外,金属弹簧能将太赫兹模式束缚在空气芯内传输,而非通过金属螺线导引传输。该研究结果对金属弹簧波导在太赫兹技术中的应用具有一定参考意义。     

基于太赫兹超材料技术低浓度莠去津的快速检测

除草剂不恰当的处理会导致土壤、水和空气的污染,并且会通过环境进入食物链,影响人体健康。莠去津作为常见的除草剂,在世界范围内的水环境中经常被检测到。目前常用的检测方法主要依赖于大型仪器,一般需要复杂的预处理,并且对操作人员的技能要求较高,难以普及。随着光学材料的发展,太赫兹超材料技术如今已扩展到越来越多的领域,常用于识别物质的细微变化。采用太赫兹光谱技术结合超材料检测低质量浓度莠去津溶液（0,1,10,100,1 000和2 000μg/L）,测得的透射谱经过归一化处理以及拟合分析。实验结果表明,利用太赫兹光谱技术结合超材料能够精确检测到1～2 124μg/L的莠去津质量浓度变化,有效提高农药检测的灵敏度。     

基于金属阵列等离子体共振增强的太赫兹光电导天线设计

针对传统太赫兹光电导天线输出功率较低的问题,设计了一种基于金属阵列等离子体共振增强的太赫兹光电导天线,以提高太赫兹光电导天线的输出功率。通过对电磁波和半导体的物理场进行了理论分析,并建立了太赫兹光电导天线模型,利用COMSOL多物理场有限元软件进行了仿真实验研究。仿真计算了金属阵列等离子体共振增强结构不同周期宽度与高度下半导体基底对800 nm激光的光吸收量,得到了一种优化的金属阵列等离子体共振增强结构,然后计算该结构的太赫兹光电导天线的光电流,同时仿真计算了传统太赫兹光电导天线的光电流。研究结果表明:设计得到的金属阵列等离子体共振增强太赫兹光电导天线比传统太赫兹光电导天线光电流增强了约20倍,为等离子体共振增强的太赫兹光电导天线提供了依据。