太赫兹辐射空间特性测试系统中的衍射与反射效应北大核心CSCD

为了提高太赫兹(THz)辐射空间特性测量设备的测量精度,基于探测器扫描采样方法,利用软件仿真配合实验测量的方式,研究了太赫兹辐射空间特性测试系统中存在的影响因素。采用锥形反射结构和太赫兹辐射吸收涂层来减少系统内反射对测量结果的影响,对太赫兹辐射辐照度空间分布进行更准确测量,并在此基础上研究了太赫兹衍射图案随衍射孔径变化的规律,对太赫兹辐射收发设备的孔径进行合理优化,为高精度的太赫兹辐射空间特性测试的研究提供参考。分析了光束宽度的不确定度来源,结果显示:消除反射影响后的系统内反射对测试结果影响较小,引入不确定度分量仅为1.56%,合成扩展不确定度为7.6%。     

太赫兹医学成像研究进展

太赫兹波所具有的无损性以及大量生物分子在太赫兹频段的指纹特性,使其在医学成像领域有着良好的应用前景。本文首先简要概述了太赫兹的医学成像技术手段,其次分别介绍了太赫兹在离体、活体组织中成像的研究现状。生物组织中的水会对太赫兹波产生强吸收,使得成像对比度受限。目前,为了减少组织中的水对成像的影响,针对离体组织的太赫兹成像大多需要进行切片、脱水等预处理,活体中的成像则主要应用在浅表组织。文章重点介绍了活体成像中有望提高太赫兹成像对比度的纳米粒子造影剂,最后对太赫兹医学成像的发展进行了展望。     

太赫兹超材料及其成像应用研究进展

电磁超材料因具有特殊的物理性质以及在电磁波操控方面的重要应用而备受关注。本文综述了太赫兹超材料及其成像应用的研究进展:首先介绍了太赫兹超材料的研究概况,重点讨论了可调谐与可重构太赫兹超材料、太赫兹数字编码与现场可编程超材料的研究进展;在此基础上,阐述了太赫兹超材料在成像领域的应用,包括基于超表面透镜、超材料吸波器、可重构超表面和现场可编程超表面的太赫兹成像技术;最后讨论了太赫兹超材料及其成像应用发展趋势。功能可重构及智能化将是太赫兹超材料的重要发展方向,而新兴的信息超材料融合了超材料与信息技术也将使太赫兹成像更加高效便捷。     

膜厚对导电氧化锌宽带抗反射涂层的太赫兹传输影响

利用直流磁控溅射方法,在石英基底上制备了可用于太赫兹电磁波频率范围内的宽带抗反射涂层的掺铝氧化锌导电薄膜。在太赫兹时域光谱频率0.1~1.0THz范围内研究不同厚度的氧化锌薄膜的介电响应,得到了与频率相关的电导率、吸收和薄膜折射率,着重研究了膜厚对太赫兹波传输特性的调制作用。实验结果很好地符合了经典的Drude模型,表明可以通过控制氧化锌薄膜的厚度来改变太赫兹波的传输特性,并且导电氧化锌薄膜能够作为太赫兹频段范围的宽带抗反射涂层应用于衬底和光学器件上。     

太赫兹技术在水泥基材料研究中的应用

本文介绍了太赫兹波的特性以及太赫兹技术的工作原理及其应用,重点介绍了太赫兹时域光谱技术和太赫兹成像技术在水泥水化过程、水泥基材料的微观结构检测和水泥基材料耐久性能三方面的研究进展.利用太赫兹光谱技术可跟踪硅酸三钙、硅酸二钙以及主要水化产物水化硅酸钙、氢氧化钙在水化过程中的变化情况;利用水分对太赫兹波强烈吸收的特性,能够...     

基于太赫兹成像的输送带撕裂检测与分类识别研究

针对现有输送带撕裂检测方法存在灵敏度和安全性能低,且无法消除复杂工作环境带来的影响等问题,提出了一种基于太赫兹成像技术的输送带撕裂检测方法。设计并搭建了连续波太赫兹反射式成像系统,采集输送带撕裂的太赫兹图像;对原始图像进行滤波等处理获得低噪声太赫兹图像;最后搭建了基于机器学习太赫兹图像自动分类识别系统,该系统通过提取太赫兹图像的灰度直方图统计特征和几何特征,构建太赫兹图像特征库,并利用特征选择去除特征冗余,最终结合分类器实现对输送带撕裂种类的自动分类与识别。结果表明：通过太赫兹反射式成像系统对输送带进行成像实验,验证了太赫兹波成像技术检测输送带撕裂的可行性;太赫兹图像自动分类识别系统实现了对输送带3种撕裂种类的自动分类与识别,在组合特征下,使用支持向量机（Support Vector Machine, SVM）的分类准确率可达91.6%。     

太赫兹量子级联激光器功率达到1W

正近日国外网媒报道,奥地利维也纳技术大学的一组研究人员制造出一种新型量子级联激光器,成功输出了1W的太赫兹辐射,打破了此前由美国麻省理工学院所保持的0.25W的世界纪录,成为目前世界上功率最大的太赫兹量子级联激光器。太赫兹射线是波长介于微波与红外之间的一种电磁辐射,由于物质的太赫兹光谱(包括透射谱和反射谱)包含非常丰富的物理和化学信息,太赫兹技术被认为会对通信、遥感、天文、反恐、医学成像以及生     

等离子体中太赫兹波传输及成像探测特性研究

本文根据散射矩阵方法模拟等离子体并建立了非均匀等离子体理论模型,并在此基础上计算了0.1 THz^10 THz频段的全波段太赫兹波在其中的传输特性。根据介质阻挡放电原理在实验室环境下搭建等离子体射流产生装置并产生非均匀等离子体,进行了太赫兹时域光谱(THz-TDS)以及宽带太赫兹源在等离子体中的透射光谱测量以及太赫兹波对等离子体遮挡下目标物的反射成像的试验。理论和实验结果均表明,较高频太赫兹波在等离子体中有良好的穿透性,这为太赫兹波在黑障区的通信以及雷达探测应用打下研究基础。     

石墨烯场效应管及其在太赫兹技术中的应用

石墨烯是单原子厚度的二维碳同素异形体材料,因其出色的电学、热学、光学及力学特性而被广泛应用于生物检测、医学、新能源、微电子、射频电路等领域。正是凭借着石墨烯独一无二的材料特性,石墨烯基场效应管(GFETs)比传统的硅基晶体管具有更高的迁移率、微缩空间及特征频率。此外,石墨烯零带隙的对称圆锥形能带结构,以及在受外部激发下形成的负电导率特性(太赫兹频段),使得GFETs能广泛应用于太赫兹功能器件中,也为实现太赫兹技术商业化提供了一种兼容当前半导体产业技术的低成本选择。针对硅基晶体管发展面临的尺度瓶颈,本文综述了GFETs器件的基本结构、射频/太赫兹领域的主要特性以及制备工艺,并举例说明了其在太赫兹技术领域的最新应用。     

太赫兹成像技术在肿瘤检测中的应用

太赫兹(THz)波是频率位于0.1 THz^10 THz的电磁波。因其具有非电离性,以及可与多数生物分子产生共振响应等特性,在生物医学领域有着巨大应用潜力,尤其在肿瘤检测方面。太赫兹成像技术作为生物医学领域一种新的成像技术,吸引国内外多个研究小组对其开展深入研究。本文列举分析了多种太赫兹成像技术在肿瘤检测的应用,其中可分为太赫兹扫描成像、太赫兹层析成像、太赫兹全息成像以及太赫兹近场成像,介绍了这些成像方式的基本原理以及国内外研究现状,最后对太赫兹成像技术在生物领域的未来做出展望。     

基于高阻硅超表面结构的太赫兹聚焦透镜设计

本文利用亚波长硅圆柱组成的超表面设计了用于太赫兹探测器的聚焦透镜,通过改变硅柱的直径,实现对太赫兹波传输相位0～2π的调控。在1 THz频率下,所设计的单面超表面透镜,太赫兹波电场能量密度提升到入射平面波的32倍。基于工艺制备可行性和抗反射考虑,提出了一种双面超表面透镜,将电场能量密度提升到入射平面波的44倍。对比于传统超半球太赫兹硅透镜,超表面透镜具有厚度薄,体积小的优点,有利于太赫兹探测器组件的小型化,为实现与太赫兹探测器的集成提供了可能性。     

MXenes及其复合物的太赫兹电磁屏蔽与吸收

开发新型低维材料在太赫兹电磁屏蔽与吸收领域的应用是一个极为重要的研究方向,低维材料以其独特的电学、力学与电磁响应而有望创造出更加高效的电磁屏蔽与吸收方案。二维过渡金属碳化物、氮化物与碳氮化合物MXenes在低频波段已经展示出优异的电磁屏蔽与吸收性能,尤其是MXenes兼具高电导率、低密度、高柔性等特点,有利于未来太赫兹器件便携化与系统集成化。然而,将MXenes太赫兹电磁屏蔽与吸收材料推向实际应用过程中,面临着附着稳定性、环境稳定性、不耐高温等问题,无法满足航空航天和第六代通信场景需求。此外,目前缺乏更加全面的太赫兹散射与吸收验证手段。针对上述问题,研究人员开展了广泛且深入的工作。本文回顾了近年来主流电磁屏蔽与吸收材料的主体构型与基础理论原理,并重点介绍了多种MXenes及其复合物在薄膜与多孔结构下的太赫兹电磁屏蔽与吸收特性,包括Ti₃C₂T_x、Mo₂Ti₂C₃T_x、Mo₂Ti C₂T     

SiC和Si_3N_4粉体的太赫兹时域光谱研究

采用太赫兹时域光谱装置测试SiC和Si3N4粉体在0.4～2.4 THz的透射光谱,研究SiC和Si3N4粉体对太赫兹波的吸收性能与其电导率的关系,分析SiC和Si3N4粉体对太赫兹波的散射特性。结果表明,SiC是一种半导体材料,其内部含有较多可以自由移动的载流子,对太赫兹波的吸收较强;Si3N4是绝缘性很好的材料,对太赫兹波的吸收很小;SiC和Si3N4粉体对太赫兹波的散射作用属于瑞利散射,但是测试波长比粉体粒径大得多,散射效果不明显。     

镂空不锈钢超材料的双频段类电磁诱导反射研究

目的:研究镂空不锈钢超材料的双频段类电磁诱导反射(Electromagnetic-like induced reflection, EIR-like)。方法:采用有限积分法CST软件数值仿真镂空不锈钢超材料的反射率与磁场分布,利用聚焦激光束对不锈钢进行微米量级激光切割来加工出镂空不锈钢超材料并进行实验测试。结果:在太赫兹波的激励下,镂空不锈钢超材料与太赫兹波发生近场耦合,镂空不锈钢超材料三个独立的镂空结构谐振器激发出三个明模,线槽阵列结构谐振器分别和两个边长不等的开口环(SRRs)槽阵列结构谐振器共振产生两个类EIR现象。结论:镂空不锈钢超材料在反射域获得两个大的群指数,数值分别为11.2和11.8,其产生的类EIR现象也可以称为慢光现象,这种现象将用于慢光器件的设计及生物传感应用。     

太赫兹光场数据采集与数字重聚焦实验研究

本文对太赫兹光场数据采集与数字重聚焦成像进行实验研究。太赫兹成像因其穿透性、无损性等优点,近年来备受国内外研究者关注。太赫兹波段的光场成像技术有望增强图像质量、改善应用效果。本文在分析光场成像基本原理、系统结构、重建方法的基础上,应用太赫兹焦平面阵列相机进行太赫兹光场数据采集和数字重聚焦实验。首先采集太赫兹光场原始数据,然后通过数字重聚焦进行计算成像,最后对重构图像做增强处理,得到了深度、角度及目标物轮廓分辨力强的太赫兹图像。实验证明了太赫兹光场成像技术的可行性及其改善图像质量、丰富复现效果的能力。     

太赫兹波段水的介电常数的测量

介电常数是研究电磁问题的一个核心参数。由于水经常作为参考样品来测量其他样品介电常数的校准测量而显得尤为重要。在太赫兹波段,水的介电常数的测量是一个有难度的问题。随着太赫兹时域光谱仪的出现,水的介电常数的测量成为可能。利用太赫兹时域光谱仪测量水的介电常数的步骤为：测量空气时透射率;测量水的透射率,通过透射系数计算水的介电常数。测量结果与理论模型吻合较好,表明时域光谱技术可用于水及相似液体的介电常数测量。     

太赫兹时域光谱测量薄膜液体的测量极限

由于太赫兹波和薄膜样品的相互作用长度太短,其引起的测量信号相对于参考信号的改变很可能被系统噪声所掩盖。为了解决太赫兹时域光谱测量液体薄膜样品的测量准确性和可靠性评价问题,该文利用不确定度分析理论,从幅值变化和相位变化推导太赫兹测量薄膜液体样品有可信结果的样品厚度临界值模型,从而确定保证测量结果可靠性的临界判据,也就是能够被太赫兹透射式系统探测到的最小薄膜厚度。分析中考虑了在样品-载体交界面的菲涅尔透射、样品中的FabryPérot反射以及在太赫兹波在薄膜样品中的透射影响。该判据可以用来确定一个太赫兹系统的性能是否足够可靠地测量特定厚度的薄膜液体样品。     

太赫兹脉冲焦平面成像技术的发展与应用

作为太赫兹技术中的重要组成部分,太赫兹脉冲焦平面成像一经问世就引起了行业内的广泛关注,人们引入了各种方法去提升此成像技术的测量性能,同时也尝试将此成像技术应用于不同的工业和基础研究领域。本文综述了近年来人们对太赫兹脉冲焦平面成像的技术改良和应用研究,包括提升成像系统的空间分辨率、信噪比、信息获取能力,以及将此成像技术应用于光谱识别检测、超表面器件功能验证、太赫兹特殊光束测量、太赫兹表面波观测等,希望该综述能够推动太赫兹脉冲焦平面成像的进一步技术革新和应用拓展。     

连续太赫兹波数字全息相衬成像

太赫兹波具有独特的低能性、高穿透性、惧水性等成像特性,将其应用于相衬成像能够反映物体的内部结构和更加丰富全面的生物信息,在生物医学检测等领域具有重要的应用。其中,太赫兹波数字全息成像是一种可以给出定量的振幅和相位信息的非接触、全场相衬成像方法,是太赫兹成像技术领域的重要研究方向之一。本文基于连续太赫兹源,从离轴式和同轴式数字全息成像的相衬成像原理、光路系统和再现算法多个方面,介绍了相关技术的研究现状,分析了太赫兹源、再现算法等因素对成像分辨率的影响,并对太赫兹数字全息的发展趋势进行了展望。     

基于连续小波变换的玻璃纤维增强树脂复合材料太赫兹特征增强及缺陷成像

玻璃纤维增强树脂复合材料(Glass fiber reinforced polymer,GFRP)因其耐腐蚀、强度高等优点被广泛应用于航空航天、运输等领域,但在其制作过程中存在分层、气泡等缺陷,故需对其进行无损检测。本文针对不同位置的GFRP脱粘缺陷太赫兹无损检测信号特征微弱的问题进行分析与研究,提出了利用连续小波变换(Continue wavelet transform,CWT)对太赫兹特征进行增强的方法,并通过计算图像对比度客观评价连续小波变换后得到的太赫兹图像。最终选择gaus2小波基函数,对变换后的信号进行缺陷成像,其峰值较原来增强了4.5倍,连续小波变换处理后的太赫兹缺陷成像的图像对比度提升了1.3倍,最终实现了6 mm GFRP 5 mm位置处50 μm脱粘缺陷的识别。