低损耗太赫兹波导及其成像应用

高性能的太赫兹功能器件在太赫兹波的产生、传输及探测上都有着重要意义.报道了一种Kagome型低损耗太赫兹波导及其成像应用.首先根据反谐振波导理论设计了0. 1 THz处低损耗的太赫兹波导,其理论损耗低至0. 012 cm~(-1).然后使用3D打印技术制备波导实物,实验测得其损耗为0. 015 3 cm-1,波导末端光束发散角为6±0. 5°.最后基于该波导搭建了可重构太赫兹成像装置,分别实现了对隐藏刀片、矿石的反射和透射成像,在地下远距离勘探领域具有潜在的应用前景.     

太赫兹宽谱聚合物波导及其传感应用

利用太赫兹时域光谱系统对三种反谐振波导的太赫兹谱进行了研究, 这三种波导分别是PMMA管型波导, PMMA自支撑结构波导和SiO2管型波导.该研究验证了三种波导的太赫兹传输基于反谐振理论, 并在实验上实现了PMMA自支撑结构波导超过2 THz的宽光谱传输.同时, 对基于反谐振原理的太赫兹物质传感进行了理论和实验分析, 为物质探测提供了一种可行的手段.     

一种220 GHz波导-悬置微带线过渡电路设计

波导-微带过渡电路是连接毫米波、太赫兹系统中平面电路与波导的重要结构,直接影响系统性能。设计了一种中心频率220 GHz的矩形波导-悬置微带线过渡电路。过渡采用探针耦合的形式,并使用渐变线结构实现宽带阻抗匹配,这种结构具有结构紧凑,易于加工,宽带和插入损耗低等优点。最终的仿真结果表明：在180~255 GHz的频带内回波损耗优于20 dB,插入损耗小于0.18 dB。这种结构可广泛应用于毫米波、太赫兹平面电路中。     

环烯烃聚合物太赫兹光子晶体光纤设计与制造

为降低传输损耗,在太赫兹波段采用具有低吸收损耗的环烯烃共聚物作为基质材料,设计了一种太赫兹光子晶体光纤。通过全矢量有限元法模拟仿真,对光子晶体光纤的损耗和频率的关系进行了分析计算。结果表明,这种光纤在太赫兹频段具有良好的传输特性,大大优于传统的金属波导,且该类型光纤还具备良好的弯曲性能,在太赫兹频段具有重要应用价值。     

低损耗太赫兹镀膜金属波导研究

在研究太赫兹波在镀膜二维平板金属波导传输时,损耗减小的机制和条件,发现只有TM 模式在大间隙的金属镀膜波导传播时,其损耗小于不镀膜的金属波导。利用射线光学方法分析波导尺寸、膜厚度以及膜折射率等参数对TM 模式损耗的影响,获得其损耗最低的优化结构参数。用转移矩阵理论对镀介质膜前后平板金属波导的损耗进行理论计算和分析,当介质为聚乙烯且厚度为0.06mm时,波导的损耗最小。所获结论对于太赫兹波导器件及太赫兹波低损耗波导研制具有较大的意义。     

太赫兹过模传输线损耗研究

太赫兹波的频率较高,在波导传输中损耗较大。本文采用微扰法对太赫兹波在矩形波导和圆波导中传输时的损耗进行了理论分析,并对矩形波导与圆波导中不同频率,不同尺寸以及不同模式的衰减特性进行了比较,结果表明采用圆波导TEo。模传输可获得最小的衰减。     

低损耗波纹波导的传输特性

为了降低太赫兹波传输的损耗,研究了波纹波导中传输太赫兹波时的损耗特性,得到波纹波导的衰减常数的理论计算公式,在数值计算基础上设计了220 GHz低损耗波纹波导,并通过电磁仿真对数值计算结果进行验证,HE11模式实现了仿真与理论结果的相互吻合。     

太赫兹无线和有线融合通信技术的研究与展望

随着5G的移动互联及物联网相交织等新型业务的蓬勃发展,对未来通信系统传输容量、传输速度以及误码率等要求愈来愈高。介于毫米波与远红外光之间的太赫兹频段兼有微波和光波的特性,具有低量子能量、大带宽、良好的穿透性。近年来太赫兹通信系统成为研究热点之一,但太赫兹无线通信存在视距传播以及较大路径损耗缺点,太赫兹无线和有线融合传输则兼具两者优点。本文分析了光子太赫兹信号产生、光子太赫兹无线链路传输和光子太赫兹光纤链路传输过程中涉及的器件和技术,重点介绍了太赫兹有线传输的研究现状,并通过基于强度调制直接检测实现1.485 GBaud 350 GHz的1 m太赫兹光纤有线实时传输视频实验,展现了太赫兹有线传输巨大的发展潜力。     

太赫兹矩形波导与共面波导耦合结构设计

太赫兹（THz）波位于微波与红外光波之间,现有微波和光波段波导技术应用正在向THz波段拓展。但是,由于水汽对THz波的强吸收及制造工艺等原因,THz器件主要是平面结构,而THz源及其传输需要用矩形波导。因此,矩形波导与共面波导之间的转换结构成为决定元件和系统性能的关键部分。该设计利用脊波导进行阻抗匹配及电磁场模式转换,实现THz波矩形波导到共面波导的高效率耦合。结果表明,在0.2~0.4 THz频段内,该转换结构的传输系数(S₂₁)高于?3 dB,可以对THz电磁场进行高效率转换。该结果可用于太赫兹分子探测、太赫兹通信等领域,为0.2 THz以上太赫兹的模式转换提供了一种可行方案。     

基于波导缝隙阵列的新型太赫兹频率扫描天线

为缩短太赫兹系统成像时间,该文提出将频率扫描天线应用于太赫兹成像系统中,并设计了一种基于波导缝隙阵列的太赫兹频率扫描天线。该文采用泰勒综合法降低副瓣电平,通过软件仿真结合功率传输法设计最优的缝隙分布。太赫兹波导缝隙阵列天线具有加工简单、成本低的优势,通过太赫兹准光测试系统对天线性能进行测试,实测天线扫描角度可达40°,增益约为15 dB,副瓣电平抑制优于–20 dB。测试结果表明太赫兹波导缝隙天线具有扫描角度大和副瓣低的优良特性,在太赫兹成像和目标探测等领域有巨大的应用价值。      

基于加载线型的平面太赫兹移相器设计

移相器是相控阵系统中的重要组成器件,随着频率的增加,金属的趋肤深度及波导表面粗糙度对器件的影响不可忽略,会使移相器的损耗增加。对此,提出一种基于加载线型的平面太赫兹移相器。将2个枝节并联在微带线上,在并联枝节上加载开关二极管,调节两段枝节的电长度得到所需的移相量;控制开关的导通和断开,实现不同的移相角度。仿真结果表明,在192~210 GHz频带范围内,导通和断开的反射系数都小于-10 dB,插入损耗小于0.5 dB,移相误差小于5°,其中在5 GHz带宽范围内,移相误差小于1°。提出的平面型移相器,加工容易,成本低,便于系统集成化,在太赫兹相控阵系统中具有广泛的应用前景。     

基于光学技术的太赫兹相干辐射源研究

由于太赫兹辐射的独特性质和潜在的应用价值, 国内外关于太赫兹波的产生和探测的研究正呈现日益繁荣的景象, 目前太赫兹相干辐射源的研究已成为太赫兹技术领域最重要的前沿课题之一。介绍了产生太赫兹相干辐射的三种主要途径：一是光学技术, 它从高频向低频发展, 其代表为太赫兹激光器, 如气体激光器、半导体激光器和量子级联激光器等; 二是电子学技术, 它由低频向高频发展, 如微波管、固体微波源等; 三是光电子技术, 其频率由1 THz向两侧展宽, 采用超快激光脉冲触发产生太赫兹脉冲。设计了基于光学技术的太赫兹相干辐射系统, 该装置根据气体振转能级跃迁原理, 采用高压直流激励方式产生受激辐射, 波导管谐振腔体, 工作气体为N2, CD4和D2, 经过优化设计, 预计可以产生1.54 THz和1.58 THz的波连续输出。     

太赫兹波导发展现状与展望

太赫兹波具有良好的穿透性、低能性和宽带性,在高速空间通信、环境监测、外差探测、医学探测、无损检测和国防安全等领域具有重要的应用前景。波导传输技术和功能器件是太赫兹系统不可或缺的重要组成部分,太赫兹波导的性能决定了太赫兹系统的信号传输效率和集成度,引起人们的研究兴趣。近年来,太赫兹波导的发展取得了长足的进步,从普通的金属空心波导到金属线波导、介质光纤,再到最近的人工表面等离激元波导、石墨烯、铌酸锂等新型波导,它们展现出了各自的优势,令人振奋。该综述全面介绍了太赫兹波导领域的发展及研究近况,并对其未来应用进行了展望。     

多孔耦合型太赫兹波导定向耦合器的设计

设计了一种结构紧凑、工作频带较宽、耦合平稳、高方向性的十字形多孔耦合的太赫兹波导定向耦合器。基于多孔耦合原理,利用HFSS软件对太赫兹波导定向耦合器进行了模型仿真和结构优化。仿真结果表明:在325~475 GHz带宽范围内,该多孔耦合太赫兹波导定向耦合器耦合度达到7.50.8 dB,隔离度达到30 dB,即方向性优于20 dB,各端口回波损耗小于-20 dB。通过对该波导定向耦合器进行高温高压模拟仿真,确定了使用负性光刻胶SU-8作为结构材料的可行性,提出应用MEMS工艺在硅衬底上进行加工,将牺牲层工艺应用到波导腔结构的制作中。利用光刻在直通波导和耦合波导公共宽壁上形成的十字形等间距排列耦合孔结构,可以实现较宽的带宽和良好的耦合平坦度。该方法提高了耦合孔尺寸和位置的精度,减小了反射损耗,为太赫兹波导结构的加工提供了新思路。     

0.67 THz宽带谐波混频器设计

为研制太赫兹多频段高灵敏度探测仪,依靠太赫兹砷化镓平面肖特基二极管的非线性特性,结合石英薄膜工艺,设计了宽带0.67 THz谐波混频器,并分析了砷化镓平面肖特基二极管性能表征参数指标对太赫兹混频器性能的影响。0.67 THz谐波混频器采用整体综合的设计方法,结合电气仿真软件ADS和电磁仿真软件HFSS,优化电路中不连续性微带与波导之间的电磁空间耦合效率,以混频器的变频损耗为优化目标,最终实现0.67 THz谐波混频器仿真设计。0.62~ 0.72 THz射频范围内,混频器单边带最低变频损耗小于8 dB,本振功率小于4 mW,本振端口与中频端口、射频端口与中频端口之间隔离度大于-30 dB。     

小孔耦合型双通道太赫兹波导定向耦合器设计

提出了一种小孔耦合型双通道太赫兹波导定向耦合器,采用新颖的阶梯结构,将两个单通道耦合器结合,可在双通道内实现相同的耦合输出。研究结果表明,在180~260 GHz的频率范围内,该耦合器的耦合度为10 dB,输出最大误差小于1.6 dB,回波损耗大于25 dB,隔离度大于35 dB,相对带宽达到36%。与传统的太赫兹波导定向耦合器相比,该耦合器能够实现双通道的耦合输出,在太赫兹系统中可用于双通道的功率检测、功率合成与分配。     

Investigation on propagation properties of terahertz waveguide hollow plastic fiber

The propagation properties of terahertz (THz) waveguide plastic hollow fiber have been investigated in this paper. The effects of radiation frequency, bore diameters and dielectric coating layers on the waveguide property have been shown and discussed. The results show that the attenuation loss of TM mode increases and that of TE mode decreases as radiation frequency increases. The attenuation loss decreases with the increasing of fiber bore diameter. The attenuation loss decreases as the refractive index of dielectric coating layer and the ratio of the refractive index of outer dielectric layer to that of inner dielectric layer increase.     

一种X 波段磁场耦合式波导-微带转换结构

波导-微带转换器是微波集成电路和天馈线系统中的重要器件。结合具体应用,设计了一款新型、宽带磁耦合式波导-微带转换器。和传统结构相比,本设计用双层的贴片结构代替金属块状阶梯脊,通过在贴片上加载金属过孔来展宽转换的带宽;将阶梯状金属贴片和微带探针一体化设计,从而避免了焊接带来的损耗和结构不稳定,并且减小了加工难度,降低了重量和成本。测试结果表明,波导-微带转换器的两个端口在8.85～11.52GHz 的频带内回波损耗小于-15 dB,插入损耗约为0.8dB,均满足应用需求。