太赫兹波科学与技术

太赫兹波是一个非常有科学价值但尚未被完全认识和利用的电磁辐射区域，它在成像、医学诊断、安全检查、信息通信、空间天文学乃至军事等领域都有着广阔的应用前景。从总体上介绍了太赫兹波的独特性质、应用领域，阐述了太赫兹波的产生、太赫兹波探测的机理和方法，并简单讨论了太赫兹技术的发展前景：被誉为21世纪影响人类未来的十大技术之一的太赫兹波科学技术，将会在未来的数十年间逐渐成熟并得到广泛的应用。     

太赫兹成像技术的应用研究

太赫兹辐射(THz)是指频率范围在0.1～10 THz的电磁波,波段位于毫米波与红外波段之间,其应用主要集中在太赫兹时域光谱技术和太赫兹成像技术两方面,其中太赫兹成像技术在实际应用中更加广泛.介绍了太赫兹辐射及其性质,简述了太赫兹成像技术及其发展过程.分析了太赫兹成像技术在安全检查、癌症检测和无损检测等领域的发展过程,结果表明使用太赫兹成像技术可以对违禁药物和危险隐藏物等进行安全检查,对人体癌变组织进行成像检测,以及对航空航天材料中的缺陷进行无损检测.随着太赫兹成像技术的不断发展,其在安检、医疗和无损检测等领域有着重要的应用前景和研究价值.     

太赫兹技术应用进展

近年来太赫兹技术的高速发展为太赫兹技术应用提供了基础。太赫兹以其高频率高穿透性以及低光子能量等优势,在多个领域受到了重点关注,并在多个具体的应用方向上实现了初步的探索。着重讨论用于高速率高带宽通信的太赫兹无线通信技术、用于生物化学物质检测研究以及用于医学领域的太赫兹光谱成像技术、用于无损探测系统的光谱成像以及谱分析技术、用于安全检查领域的太赫兹人体成像技术等太赫兹技术应用领域的进展,并对应用中存在的挑战进行了简要总结。     

光纤耦合太赫兹时域光谱采样技术

主要对基于光电导天线的典型光纤耦合太赫兹时域光谱采样技术及典型光纤耦合太赫兹时域光谱系统进行了介绍.光电导天线是太赫兹时域脉冲信号产生和探测的关键部件,目前基于光电导天线的光纤耦合太赫兹时域光谱采样技术主要有3种,分别为等效时间采样法、异步采样法和腔长调谐光学采样法.对3种不同采样方法的技术原理进行了分析,并对基于不同采样原理的光纤耦合太赫兹时域光谱系统结构进行了介绍,给出了基于不同采样原理的光纤耦合太赫兹时域光谱系统典型产品说明和关键技术指标,说明了基于不同采样方法的系统特点.可为不同的应用需求提供技术参考,为自主搭建基于不同采样技术的光线耦合太赫兹时域光谱系统提供技术支持.     

MEMS技术在THz无源器件中的应用

太赫兹技术将在未来高精度频谱探测技术、高分辨率成像和高性能通讯等应用前景良好.太赫兹技术处于电子学与光子学领域的交叉领域,太赫兹器件的尺寸在数十微米到毫米量级,传统的机械加工技术很难达到加工精度要求,甚至无法加工.MEMS技术在太赫兹器件的加工方面具有巨大的优势.总结了目前采用DRIE,LIGA等工艺加工太赫兹器件的研...     

太赫兹逐点扫描计算机成像算法

利用本校率先在国内建立起的一套具有较高应用价值的透射式逐点扫描太赫兹（THz）辐射成像装置可以获得成像物体上每一点的光谱数据。每一点的光谱数据对应一个文本文件,这些数据虽具备物理含义,但本身不具备图像数据的特征。根据太赫兹振幅成像的实际物理意义,提出了一种根据成像物体上每一点的光谱数据,在计算机上构造太赫兹振幅图像的算法。实验证明,该算法取得理想的效果,对THz成像技术和THz光谱分析的研究具有一定的意义。     

太赫兹通信芯片关键技术与系统发展浅析

[目的]现代无线通信低频频谱资源越来越紧张,但太赫兹频段具有丰富的频谱资源,太赫兹通信兼具大带宽、高保密性等优势,故成为下一代无线通信技术的重要候选技术,而其关键在于太赫兹芯片.[方法]本文主要介绍太赫兹芯片技术及基于芯片的通信技术,对其从基于肖特基二极管芯片的混频、倍频分立式器件到太赫兹芯片的现有成果和未来发展趋势到...     

基于太赫兹的危险品智能识别系统

基于太赫兹线性扫描成像和深度学习技术,实现包裹危险品实时智能识别。采用太赫兹线性扫描成像技术,穿透包裹、衣物、信封等物品,探测隐匿的塑胶凶器、塑胶炸弹、流体炸药和易燃易爆液体等危险品,形成太赫兹图像。对太赫兹图像采用基于深度学习的目标检测方法,实现危险品检测识别。实验结果表明,该系统对危险品成像,能显现X射线扫描仪不易探测的危险品,能自动识别,精度高、实时性好。该系统是一种成像质量好、识别精度高、实时性好的包裹危险品智能识别系统。     

基于真空电子学方法的太赫兹源

太赫兹技术因其在医疗诊断,安全检查等领域具有很大的应用价值,使其成为当前各国争先研究的领域。太赫兹源则是太赫兹技术研究中极为关键的器件之一,而基于真空电子学方法的太赫兹源又是当前太赫兹源研究领域的重要分支之一。综述行波管、返波管以及回旋管这几类真空电子太赫兹源的结构、原理,结合器件的频率、功率等问题进行了重点讲解,同时对纳米速调管这一极具发展潜力的技术进行了展望。     

太赫兹波的特点及其在国家安全等方面的应用

太赫兹（THz）波在电磁波谱上位于微波和红外线之间，是人类目前尚未完全开发的波谱“空隙”区。近十几年，伴随着一系列的新技术、新材料的发展和应用，尤其是超快激光技术的发展，极大地促进了对太赫兹辐射的机理、检测、成像和应用技术的研发，使其迅速成为一门新的极具活力的前沿领域。由国内外的研发成果表明，太赫兹技术在物理、化学、材料、生物、医学、信息、通信、国家安全等领域，具有重大的科学价值和广阔的应用前景。本文介绍太赫兹波的特点及其在国家安全等方面的应用，并展望其发展前景。     

Three‐dimensional printing technologies for terahertz applications: A review

Three‐dimensional (3D) printing technologies enables fast prototyping of complex 3D objects with ever improving printing qualities. To date, 3D printing has been found useful in areas such as manufacturing, industrial design, aerospace, dental and medical industries, and many others. In this article, we review recent advances of 3D printing technologies for terahertz (THz) applications. Different 3D printing technologies and printable materials are first discussed and compared. 3D‐printed THz components and devices, which are categorized as waveguides/fibers, antennas, and quasi‐optical components, are further demonstrated. It is found that the performances and functionalities of 3D‐printed THz devices have been greatly enhanced, while the operating frequencies have been increased from the lower end of THz range to over 1 THz region. With further development of novel materials and printing techniques, it is believed that 3D printing technologies will play an important role in the realization of THz components for efficient control and manipulation of THz waves.     

二维复式晶格光控四波长太赫兹波调制器

给出的基于复式晶格光子晶体的太赫兹波调制器是一种用数字基带信号对太赫兹载波进行强度调制的外调制器。该调制器利用复式晶格一个点缺陷可同时调制两个缺陷模的特点来同时控制四束不同太赫兹波的传输,从而实现对太赫兹载波的通、断调制。这种基于复式晶格光子晶体的调制器具有光子禁带大、体积小,了等许多优点。     

结合小波去噪的THz图像多尺度增强算法研究

针对返波管获得的连续THz透射图像对比度低且噪声大的特点,提出了一种结合小波去噪的多尺度图像增强算法.该算法先用图像金字塔变换对THz图像进行多尺度分解,然后采用指数变换在空域对获得的细节图像进行增强.为减小放大噪声的影响,在重构增强图像的过程中对每一分解层次的近似图像采用小波软阈值方法进行去噪,并对小波图像采用非线性...     

基于频域滤波的THz图像条纹噪声处理

太赫兹在安全检查、医疗诊断、特别是在无损检测领域等方面都有广阔的应用前景,在利用0.2 THz连续CW系统检测航天所用的燃料箱泡沫板隔离层的粘合效果研究中,条纹噪声严重影响了图像的效果。针对这个问题,分析了条纹噪声的特征,提出了一种基于图像幅度谱的投影图自动确定噪声频率的算法,利用ButterWorth带阻滤波器对THz图像中条纹噪声进行处理,在滤除噪声的同时较好地保留了图像的细节信息。     

新型光子晶体THz滤波器

提出了一种新型基于光子晶体的太赫兹滤波器,该滤波器在线缺陷中设计了由三个点缺陷构成的谐振腔,能够实现双波长的高效滤波功能。文中使用平面波展开法(PWM)分析了正方晶格光子晶体的带隙结构,并利用时域有限差分法(FDTD)研究了滤波器的一些性能指标。仿真结果表明,该新型滤波器能够把频率为3.413 THz和3.222 THz的太赫兹波滤出,并且具有滤波带宽窄、体积小等优点。     

Terahertz free‐space dielectric property measurements using time‐ and frequency‐domain setups

Based on a simple and effective calculation method, two free‐space measurement setups are employed to investigate the dielectric properties of various materials at terahertz (THz) frequencies. One setup involves THZ time‐domain spectroscopy (THz‐TDS) at a frequency range of 0.4 to 1 THz. The other setup comprises a vector network analyzer (VNA) with pairs of VAN extenders (VNAXs) and diagonal standard gain horns (SGHs) at a frequency range of 0.22 to 1.1 THz. The calculation method is verified for the THz‐TDS system and employed in the VNA system for the first time. Dielectric properties, including refractive indices, power absorption coefficients, relative permittivities, and loss tangents, are calculated from measured transmission data. Several materials, including printed circuit boards and 3D printing materials, are characterized to verify the calculation method and compare the measurement setups.     

Extraction of the spectral information of terahertz signals using superconducting Josephson junction

Using YBa2Cu3O7-δ/MgO bicrystal Josephson junction,we have developed a setup for spectrum analyses of terahertz signals,up to 2.5 THz,with a frequency resolution of 3 GHz.The junction works at liquid nitrogen temperature when the signal frequencies are low while for signals at 1.6 THz and 2.5 THz the junction is cooled to 6 K.Digital signal processing(DSP) chips are made use of to build a data acquisition and processing system so that it can be compact,fast,and intelligent.With the completion of the relevan...     

基于小波变换的太赫兹图像识别

太赫兹（THz）波对很多物质都有成像功能,可以侦测物质的化学性质,进行物质的识别。其成像技术在反恐、医学成像、无损探伤等方面显示出了巨大的应用前景。采用小波变换和图像的灰度直方图匹配技术对葵花籽的太赫兹信号数据进行分析实验,提出了一种识别被测物质的方法,在此方面进行了探索尝试,结果表明此方法可以对葵花籽仁、葵花籽皮和其他区域的太赫兹信号数据进行准确地分类,实现利用计算机自动识别物质的功能,这将有利于进一步进行太赫兹技术在物质鉴别方面的应用研究。