宽带太赫兹超表面带通滤波器

提出一款宽带太赫兹超表面带通滤波器,测试得到滤波器中心频率为0.344 THz, 3 dB带宽为56.6%。在对样品进行太赫兹时域光谱测试时,发现氮气的引入能够有效降低空气中水吸收引起的损耗。与以前报道的金属-介质-金属结构的带通滤波器采用电磁场或表面电流和电路模型进行物理机理描述不同,采用两种理论模型对带通滤波器分别进行了宽带传输的物理机理研究。一种是多重散射理论,一种是耦合模理论,这两种理论模型的拟合与实验测试和仿真结果一致,从而为太赫兹、微波和光波段的多层宽带超表面带通滤波器的设计提供了重要的理论指导。     

加载二氧化钒的太赫兹宽带可调超材料吸波体设计

为了实现太赫兹波调制器件对太赫兹波的快速响应,设计一种基于二氧化钒(VO_2)电阻膜的太赫兹波段宽带可调谐超材料吸波体,研究不同温度时吸波体的吸收率,并通过监控表面电流分布,分析吸波体宽带吸收以及可调吸收的机理。结果表明:吸波体在温度为35℃时表现出宽带吸收特性,吸收率大于90%的频段频率为6.508～9.685 THz,带宽为3.177 THz,通过改变温度可以实现吸波体吸收率的调控;该吸波体对电磁波的吸收具有极化不敏感和宽角度吸收的特点。     

基于二氧化钒的可调双宽带太赫兹超材料吸收器

基于VO₂的相变特性提出一种具有双宽带特性的太赫兹超材料吸收器,包括对角放置的VO₂图案层、电介质层以及金反射层共3层结构。对吸收器的结构建模、吸收效果及吸收特性等进行了仿真分析,仿真结果表明,所设计吸收器吸收率大于90%的两个带宽分别为0.73 THz和0.6 THz。在通过热控制诱导VO₂从绝缘态到金属态的相变过程中,吸收率分别在31%～93.1%和30%～95.2%之间实现连续可调。另外,通过研究不同偏振角及入射角下所设计超材料吸收器的吸收性能发现,该吸收器具有偏振无关、偏振不敏感以及大入射角吸收特性。所设计吸收器有望在如太赫兹通信、成像和探测器等利用太赫兹波段领域得到广泛应用。     

基于狄拉克半金属超材料的太赫兹吸波体研究

设计了一种基于狄拉克半金属的超材料太赫兹宽频及双频吸波体.该吸波体由三层结构组成,上层为狄拉克半金属层,中间为介质层,底层为金属基底.首先设计了U型的单峰吸波体,该吸波体能够实现在6.02THz处的完美吸收.通过研究单峰吸波体的表面电流分布可知,入射太赫兹能量的吸收主要来自沿U型臂方向上电场引起的电偶极子振荡.然后通过多个吸收峰叠加扩展带宽的原理,设计出了双频和宽频吸波体.仿真结果表明,本文设计的双频吸波体能够在5.33THz和5.86THz处实现94.7%及91%的吸收率,宽频吸波体在5.59THz到5.90THz之间吸收率可达90%以上.同时,利用狄拉克半金属电导率的可调节性,通过改变狄拉克半金属的费米能级,无需优化几何结构和重新制造结构,便可以实现共振吸收峰频率的动态调谐.     

太赫兹频段高折射率超材料的设计和特性研究

设计了太赫兹频段的高折射率超材料,该结构是通过在介质板的两侧对称的蚀刻"双开口环"型金属贴片而构成.研究结果表明:当电磁波垂直入射的情况下,谐振频率(0.52THz)附近的折射率高达200,且在0.51THz到2THz频段范围内,折射率均大于70.该超材料具有结构简单、便于加工,宽带等优点,在太赫兹波通信、成像等方面有广阔的应用前景.     

基于VO2电阻膜的太赫兹波段可调超宽带超材料吸波体设计

利用VO_2(二氧化钒)薄膜的电导率可调特性设计了一种太赫兹波段可调超宽带超材料吸波体.首先,模拟计算了不同温度时吸波体的吸收率,结果表明,当温度为45℃时吸波体在2.854 THz～8.938 THz的吸收率保持在90%以上,实现了电磁波的超宽带吸收;当温度从45℃逐渐增加到80℃时,吸波体在2.854 THz～8.938 THz的吸收率逐渐下降,实现了吸收率可调的功能;其次,通过对表面电流分布进行监控与分析,阐述了其电磁波宽带吸收及吸收率可调的机理;最后,模拟分析了温度为45℃时,入射波极化状态和入射角度对吸波体吸收特性的影响.结果表明,由于结构单元的旋转对称性,吸波体的吸收特性具有极化不敏感的特点;随着电磁波入射角度的增大,其吸收率逐渐降低.     

太赫兹快速成像技术研究进展

太赫兹（terahertz,THz）成像技术有广泛的应用前景,但受现有太赫兹辐射源限制,传统太赫兹成像技术采用点扫描探测方式,导致图像采集时间过长,限制了该技术的进一步发展和应用。为了提高太赫兹成像速度,近几年提出了许多技术方案。简要介绍了传统的点扫描太赫兹成像技术,分析了影响太赫兹成像速度的原因,综述了包括快速扫描成像、太赫兹单像素成像、太赫兹波电光调制二维成像、二维太赫兹波探测器阵列（太赫兹相机）直接成像等太赫兹成像技术及其优缺点。     

太赫兹快速成像技术研究进展

太赫兹(terahertz,THz)成像技术有广泛的应用前景,但受现有太赫兹辐射源限制,传统太赫兹成像技术采用点扫描探测方式,导致图像采集时间过长,限制了该技术的进一步发展和应用.为了提高太赫兹成像速度,近几年提出了许多技术方案.简要介绍了传统的点扫描太赫兹成像技术,分析了影响太赫兹成像速度的原因,综述了包括快速扫描成像、太赫兹单像素成像、太赫兹波电光调制二维成像、二维太赫兹波探测器阵列(太赫兹相机)直接成像等太赫兹成像技术及其优缺点.     

基于Dirac半金属和水的宽带太赫兹吸波体

本文提出了一种基于体Dirac半金属(BDS)和水的太赫兹(THz)双可调谐宽带超材料吸波体.与传统的单控吸振器不同,此吸波体可以通过温度和费米能级进行调节.模拟结果表明,当水和BDS的温度和费米能级分别调整在15℃和30 meV时,吸波体在2.97～6.11 THz频率范围内吸收率均大于90%.与没有注入水或没有BDS组件的吸波体相比,吸收率在90%以上的带宽有了明显提高.此外,通过调节水的温度或BDS的费米能量,吸波体的吸收带宽和强度可以独立或联合控制,而无需重新设计器件.利用水的介电常数可通过温度来调节的特性,以及BDS可通过费米能量来控制的特点,我们解释了双控吸波体的作用机理.本文采用场分析的方法来研究和阐明宽带吸收的物理机理.基于此吸波体优异的性能,本文的研究结果可能在热探测器和太赫兹成像领域有潜在的应用价值.     

室温下中草药的太赫兹谱分析

本文采用太赫兹时域光谱技术对三七和甘草两种中药材进行了光谱测试,得到了样品在0.2～1.6THz波段的吸收谱。理论计算与太赫兹技术测量得到吸收峰位置很好吻合。研究结果为利用太赫兹时域光谱技术鉴定中药材提供了有益的借鉴。     

Metal wires for terahertz wave guiding

Sources and systems for far-infrared or terahertz (1 THz = 10(12) Hz) radiation have received extensive attention in recent years, with applications in sensing, imaging and spectroscopy. Terahertz radiation bridges the gap between the microwave and optical regimes, and offers significant scientific and technological potential in many fields. However, waveguiding in this intermediate spectral region still remains a challenge. Neither conventional metal waveguides for microwave radiation, nor dielectric fibres for visible and near-infrared radiation can be used to guide terahertz waves over a long distance, owing to the high loss from the finite conductivity of metals or the high absorption coefficient of dielectric materials in this spectral range. Furthermore, the extensive use of broadband pulses in the terahertz regime imposes an additional constraint of low dispersion, which is necessary for compatibility with spectroscopic applications. Here we show how a simple waveguide, namely a bare metal wire, can be used to transport terahertz pulses with virtually no dispersion, low attenuation, and with remarkable structural simplicity. As an example of this new waveguiding structure, we demonstrate an endoscope for terahertz pulses.     

多层电磁超材料在太赫兹技术中的应用研究进展

基于电磁超材料的电磁谐振通过合理设计可以实现太赫兹波段的频率响应,为太赫兹波调控开辟了新的道路,特别是利用多层电磁超材料设计的太赫兹功能器件.本文综述了当前国内外基于多层电磁超材料在太赫兹波段技术的应用研究进展,分类介绍了其在太赫兹滤波器、吸收器、偏振器等方面的应用,最后对多层超材料在太赫兹技术应用的发展趋势作了探讨.     

苯丙氨酸的太赫兹光谱测试与理论研究

采用太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术,在室温氮气环境下对固态苯丙氨酸进行了光谱测试,获得了样品在THz波段的特征吸收谱,发现苯丙氨酸样品在有效光谱范围（0.2～2.2 THz）内有两个明显的特征吸收峰,分别位于1.23和1.99THz处.用从头算理论,在HF/6-31G水平下对苯丙氨酸分子进行结构优化和频率计算,得到了样品在0.1～10 THz的振动频谱.在有效光谱范围内,理论计算结果与实验相互对应且符合较好,同时根据计算结果对实验中特征吸收的振动模式进行了指认.     

A simple Fourier transform spectrometer for terahertz applications

A simple Fourier transform spectrometer was designed and constructed for the measurement of detectors,sources,passive devices and materials in the terahertz(THz) range.It can be operated at frequencies between 0.3 and 1.5 THz,using a 50-μm-thick Mylar-film beam splitter.The spectral range can be changed by altering the thickness of the beam splitter.The highest frequency resolution is 750 MHz.We studied the properties of heterodyne detectors including superconductor mixers and semiconductor harmonic mixers,direct detectors including an InSb semiconductor bolometer,superconducting tunnel junctions and the Golay cell,and sources including Gunn oscillators and a microwave source with its multipliers,as well as various materials and passive devices including Si wafers and metal mesh filters.     

复合热释电薄膜红外探测器的制备和性能测试

为解决热释电薄膜红外探测器中的热损失问题,引入了复合热释电薄膜的概念．它利用多孔二氧化硅具有的低热导率特点,有效地减少了热量从热释电层向衬底的热扩散．利用溶胶-凝胶和金属有机物热分解等工艺制备的复合热释电薄膜红外探测器,在温度为420K、频率为10Hz时,电压响应率约为1400V／W,探测器的星探测率D     

基于太赫兹时域光谱技术的地沟油检测与识别

油脂大分子的振动和转动频率均处在太赫兹波段,与太赫兹波相互作用可产生共振反应,因此太赫兹时域光谱技术（THz TDS）可以快速灵敏地实现正规油和地沟油的检测与识别。通过对正规油（全新采购）、类地沟油（煎炸处理）和地沟油（回收处理）在0.3~1.6 THz波段的时域和频域光谱进行对比,并分析其延迟时间、折射率、吸收系数和吸收峰等光学参数的差异,提取了地沟油的太赫兹光谱的特征信息,为地沟油的检测与识别提供了实验依据和有效方法。结果表明,利用光谱特征信息和地沟油特有官能团信息,太赫兹时域光谱技术可有效区分正规油与地沟油。     

电磁超材料吸收器在太赫兹波段的研究进展

基于电磁超材料的太赫兹吸收器通过合理设计结构尺寸和材料参数能够实现近完美吸收,因而受到学术界的关注,近几年对太赫兹吸收器的研究发展很快.本文综述了基于电磁超材料的太赫兹吸收器的研究进展,分别从理论、结构和性能对太赫兹吸收器的研究进行了介绍,最后对太赫兹吸收器的未来发展和待解决的问题进行了探讨.     

太赫兹宽带调频人工电磁媒质研究

新型人工电磁媒质具备自然界材料所不具备的一些电磁响应特性,因而成为当今科学研究的前沿.设计了一种新型温控THz宽带调频人工电磁媒质,在THz波段下其谐振频率能随温度实现连续可调.该人工电磁媒质由一系列金属SRR和置入SRR开口处的半导体InSb材料构成,通过改变温度可实现调频现象,调频范围宽达50％.温度的升高引起半导体材料载流子数目的增加,近而影响InSb的介电性质,从而实现谐振频率的移动.该温控宽带调频人工电磁媒质为太赫兹波段调频设备的实现提供了一定的借鉴意义.     

基于超材料的太赫兹角度滤波器研究

提出了一种基于超材料的太赫兹低通角度滤波器,该角度滤波器是一种仅允许法向入射太赫兹波透过而将其他方向传播太赫兹波滤除的器件,其结构为螺旋的左右对称开口的金属双环.仿真结果表明,在0.94 THz频率处,该器件的透射效果随着入射角的增大明显降低,且对法向入射的透射率达到94.4％,3 dB角域带宽达到25.0°.所提出的太赫兹角度滤波器在角度波谱分析、雷达数据处理、隐私保护、高信噪比检测器等领域具有重要的应用前景.     

基于THz时域光谱技术的水果杀菌剂农药检测与鉴别

利用太赫兹时域光谱技术对3种水果样品及其与杀菌剂农药混合的样品分别进行THz光谱测试,获得它们在0.2~1.5 THz波段的THz时域数据,计算它们的折射率和吸收系数谱。提取其特征THz吸收光谱,分析水果与噻菌灵样品在不同农药含量条件下吸收系数的变化规律。结果表明:THz吸收谱中吸收峰的位置和幅值随样品种类和含量不同存在差别;为提高光谱的区分度,将3种水果样品的THz吸收光谱的一阶导数作为分类特征数据,用主成分方法(Principal Component Analysis,PCA)进行鉴别,样品类别鉴别正确率可达100%。