BST薄膜的制备工艺与太赫兹介电特性测试

经过多组对比实验,通过XRD、AFM、SEM等表征手段优化了BST薄膜的制备工艺。结合BST基薄膜器件的电极制备、微结构加工制备了太赫兹频段电可调的频率选择表面。通过太赫兹测试系统验证了在太赫兹频段BST薄膜的可调性,在电场作用下通带频率可以从0.85THz调节到0.87THz,结合仿真研究给出了确定铁电薄膜在THz频段介电参数的方法。相关研究可用于精确测定铁电薄膜在THz频段的介电特性,为铁电薄膜功能器件的研制提供精确的介电参数测试方法。     

铁铂膜厚度对Fe/Pt异质结构太赫兹辐射的影响

本文通过飞秒脉冲激光和铁铂异质结构的相互作用产生太赫兹(Terahertz,THz)脉冲,并利用时序太赫兹的测量方法,研究了太赫兹光在金属薄膜中的传播规律.太赫兹光在铁(Fe)膜和铂(Pt)膜中都以指数形式衰减,但是与金属体材料传播介质及适用于体材料的Drude模型相比,2~10 nm厚的铁、铂薄膜对太赫兹光的衰减系数明显增加.其原因可能是由于超薄薄膜中电子在膜厚方向的运动受限,而膜平面内的自由程增加,导致在膜平面内电场的衰减长度变小.该现象在近红外的飞秒脉冲光中同样存在.     

基于超导检测器的太赫兹小型频谱检测仪

太赫兹(THz)波是有待进行全面研究开发的波段,在高灵敏的THz探测技术中,不仅要知道THz信号的功率,还要了解THz信号的频率和频谱,研制一种小型的THz频谱分析仪是开发太赫兹科学技术中不可或缺的.本文对高温超导双晶结中晶界对磁通流运动的诱导作用,超导检测器与THz波的相互作用进行了研究,利用超导约瑟夫森结对太赫兹波高灵敏的响应,通过Hilbert变换,研制出了超导小型THz频谱检测仪,并对多种太赫兹信号源进行了频谱测量.     

太赫兹波段树枝状三维各向同性左手材料设计及特性研究

基于微波段二维树枝状左手材料的设计思想,设计了太赫兹波段的三维各向同性左手材料结构单元模型.采用金属Drude模型,运用等效媒质理论,仿真模拟了结构单元的电磁响应特性,计算了结构单元的有关电磁参数,分析了其缺陷效应和吸波特性.结果表明折射率在太赫兹波段1.17¹.38 THz之间为负值,并通过模拟负折射验证了其左手特性;在缺陷严重情况下,其左手特性将消失;通过对模型进行改进,在1.47 THz处出现了一个吸收峰,吸收率高达98%.该模型结构简单,研究结果为采用自上而下的方法制备三维太赫兹波段左手材料指出了途径.     

热载流子效应对GaAs光电导天线仿真的DD模型修正

研究了光电导天线辐射产生的太赫兹电场强度与外加偏置电场的关系。利用太赫兹时域光谱系统对34μm孔径GaAs偶极子光电导天线进行了测量,得到了外加16.2 kV/cm电场时,辐射太赫兹电场趋于饱和。理论分析了热载流子效应是使光电导天线辐射太赫兹电场趋于饱和的主要原因。同时用热载流子效应修正的扩散-漂移模型结合时域有限差分方法对该天线进行了仿真,仿真与实测数据吻合,表明:考虑飞秒激光照射强场条件下GaAs材料,修正的扩散-漂移模型热载流子效应对漂移速度的影响能准确仿真偏置电场与光电导天线辐射场强的关系。     

太赫兹技术的研究和展望

太赫兹(THz)波是指频率在0.1—10THz(波长为3 000—30μm)范围内的电磁波,它在电磁波谱中占有很特殊的位置,处于电子学向光子学的过渡区域.THz辐射具有很多优越的特性,具有重要的学术价值和应用价值.本文介绍了太赫兹探测技术的研究与发展概况,简要阐述了太赫兹波的探测方法、主要特点、重要的学术应用价值和主要产品,并综述了国内外在太赫兹波领域的研究进展,对未来的发展与应用进行了乐观的展望.     

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.     

D波段双环锁相信号源性能仿真

利用ADS软件建立了D波段固态器件双环锁相信号源系统的仿真模型,分析了双端口谐波振荡器、谐波混频器等主要功能模块引入的相位噪声对锁相系统性能的影响.通过优化设计环路系统参数,合理设置ADS包络仿真器的控制参数,实现了对0.15THz半导体固态源的锁定,表明了双环锁相技术应用于D波段的可行性.在此基础上,通过时域和频域2种分析方法对锁定状态下0.15THz输出信号的相位噪声进行了预估.该仿真模型也适用于更高频段的太赫兹双环锁相系统的仿真分析,可为太赫兹锁相系统研制提供有效的分析与设计手段.     

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.     

基于超表面的宽带太赫兹热释电探测器设计

为了解决传统太赫兹（THz）探测器吸收效率低,频率范围小的问题,提出将双层超表面吸收阵列结构与钽酸锂热释电探测器相贴合,构成宽带太赫兹超表面热释电探测器。采用MATLAB和CST联合仿真的优化方法对超表面结构进行按需优化;使用ANSYS对热释电探测器进行仿真分析,得到敏感层、绝热层等特征参数对太赫兹热释电探测器的温度变化率以及响应电流的影响。结果表明,采用超表面阵列结构提高了全THz波段的探测性能,凳型热释电探测器在给定条件下的平均热释电电流输出为31.52 pA。使用超表面作为吸收结构可以使热释电探测器具有连续且高效的吸波特性,为宽带太赫兹探测器的设计提供参考。     

太赫兹场作用下的GaAs双量子阱的光吸收分析

用密度矩阵理论分析了在超快脉冲及太赫兹场作用下GaAs量子阱和双量子阱的光吸收谱.分析表明：在直流和太赫兹场作用下,由于量子约束斯塔克效应,光吸收谱呈现出多个激子吸收峰.改变太赫兹的强度和频率,吸收谱出现恶歇分裂,并产生边带,这些分裂主要来源于太赫兹作用下激子的非线性效应.     

堆叠多层石墨烯的太赫兹电导研究

单层石墨烯具有可调的太赫兹电导,有望应用于制作新型太赫兹器件,然而这种调谐的变化范围有限,通过多层石墨烯的堆叠可以拓展石墨烯太赫兹器件的性能上限。本文通过太赫兹时域光谱研究了石英衬底上不同层数堆叠的石墨烯的太赫兹透过特性,并使用Drude模型以及菲涅尔定律对实验结果进行了理论模拟。实验数据与理论结果的匹配表明:随机堆叠的多层石墨烯在太赫兹波段可以看作没有电子耦合的多个单层石墨烯,其太赫兹电导具有更宽的调谐范围,同时化学掺杂可以进一步提高材料的载流子浓度,从而获得更高的太赫兹电导。     

临近空间等离子体鞘套对太赫兹波传播特性分析

针对高超声速飞行器在临近空间巡航时出现的通信"黑障"问题,根据RAM C提供的飞行试验数据,建立一维等离子体鞘套模型,通过数值计算分析了等离子体与太赫兹波的相互作用机理,并从等离子体厚度、等离子体电子密度、等离子体碰撞频率和太赫兹波入射角等条件得到了太赫兹波在等离子体鞘套中的传输特性曲线。仿真结果表明:把太赫兹波段作为临近空间平台通信,有利于解决"黑障"问题,其中在大气窗口0.22THz处的衰减均在30dB以下。此论证结果可为临近空间平台设计的高超声速飞行器选用通信频段时提供参考。     

半绝缘GaAs光电导天线辐射THz电磁波展宽特性分析

介绍了自洽式多粒子蒙特卡罗方法模拟半绝缘GaAs光电导天线辐射THz电磁时域波形。模型中采用光能、脉宽可调飞秒激光器作为触发光源,模拟的THz电磁波形与实验基本吻合。通过载流子在光电导体内的动态输运特性,分析了辐射THz电磁波场比触发光脉冲展宽的物理机制在于:光生载流子在外电场作用下,从初始状态到速度达到稳态要经历一个动量和能量弛豫过程,而正是由于载流子动量和能量的弛豫过程导致光电导天线辐射的太赫兹波展宽。高光能、低偏置电场下,空间电荷电场是造成光电导天线辐射的THz波呈现双极性的主要原因。     

计算机模拟聚合物纳米复合材料导电导热的研究进展

总结了作者课题组采用分子动力学模拟方法,在聚合物纳米复合材料导电导热方面取得的研究进展。研究结果表明,高的聚合物导电填料相互作用能、中等的分子链功能化改性度、中等的导电填料表面接枝分子链数目、中等的本体交联密度以及中等比率的聚合物共混有利于导电填料网络的形成,进而得到高的材料电导率。另外,外加剪切场和电场会显著地致使导电填料沿着外场方向取向,进而获得导电各向异性材料。当外加剪切场和电场撤去后,导电网络会逐渐地回复到初始值,这个回复过程可以用一个模型来描绘。对于导热性能,聚合物填料界面热导率与填料接枝密度成正比;随着接枝长度的增加,聚合物填料界面热导率先上升后逐渐趋于恒定;然而填料热导率随着接枝密度的上升而显著下降,最终在中等接枝密度下材料的热导率达到最大值。此外,填料间热阻可以用一个热环流模型来描绘。最后,分子链接枝填料末端会显著提高材料的热导率。这些基础问题的探讨将为制备高导电高导热的聚合物纳米复合材料提供重要的科学依据与理论指导。     

飞行体与等离子体在压缩区内相互作用数值解

在压缩区内,飞行体天线辐射出的高频调制场影响等离子体中的电荷分布,而电荷分布的扰动又反过来影响场量.采用FTCS有限差分格式方法,利用二维三分量轴对称, 对空间飞行体与压缩区等离子体非稳态相互作用过程进行数值模拟,得到了电荷密度扰动与电磁场的变化情况. 计算结果表明, 这种非线性相互作用可以引起场的塌缩并出现密度空洞.通过对密度空洞变化的探测, 可对隐身飞行体进行跟踪.     

放电处理高分子薄膜场致发射阴极的研究

考察了聚苯胺（PANI—CSA）、聚对苯乙烯磺酸（PEDOT）、聚乙烯咔唑（PVK）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）4种高分子薄膜经放电处理后的场致电子发射性能．首先将这些材料配制成溶液分别在ITO玻璃衬底上旋涂成膜,放入真空测试箱中,通过放电处理这些薄膜的表面;再将处理好的薄膜作为阴极发射体．文中比较了这些薄膜的场致发射阈值电压、电流一电压特性曲线以及相应的福勒一诺德海姆（F-N）曲线,测试了这4种高分子薄膜的电导率,比较电导率对放电处理结果的影响．实验证明,电场作用下高分子薄膜的电子发射能力和电导率有关,具较高电导率的高分子薄膜经表面放电处理后其发射能力更强．     

用比例差分方法从NMOSFET输出特性提取界面陷阱密度

在均匀的高电场应力下,MOSFET器件的阈值电压和输出特性的比例差分峰值会有所改变.这是由于在应力过程中产生的缺陷引起的.在本文中,用比例差分方法从NMOSFET器件的输出特性提取了阈值电压、输出特性的比例差分的峰值和界面陷阱密度.得到了阈值电压和比例差分峰值,界面陷阱密度和应力时间的关系.此种方法也适用于PMOSFET器件.这是一个简单而快捷的技术.用这个技术实验数据可以在测量的过程中进行分析.     

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。     

光学整流产生和电光取样探测THz辐射的数值模拟

从麦克斯韦方程出发,得到光学整流方法产生THz辐射的电场的表达式以及自由空间电光取样系统探测到的电光信号与入射的THz辐射电场之间的理论关系式,并选取GaAs为产生晶体,ZnTe为探测晶体,通过数值模拟讨论激光脉冲宽度、产生晶体和探测晶体厚度这三个主要的实验因素对THz光谱的影响。