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。     

高功率太赫兹基波压控振荡器设计

基于55 nm CMOS工艺提出了一款具有高输出功率的太赫兹基波压控振荡器(Voltage-Controlled Oscillator,VCO).设计采用堆叠结构来克服单个晶体管供电电压受限导致输出摆幅较低的问题来有效提高了输出功率.依据单边化技术在核心晶体管的栅漏之间嵌入自馈线来调整栅漏之间的相移和增益以最大化晶体管在期望频率下的可用增益,从而提高晶体管的功率输出潜力.提取版图寄生后的仿真结果表明:在2.4 V供电电压下,VCO的输出频率范围为200.5 GHz～204.4 GHz,电路峰值输出功率为3.25 dBm,在1 MHz的频偏处最优相位噪声为-98.7 dBc/Hz,最大效率为8.1％.包括焊盘在内的版图面积仅为0.18 mm2.此次工作实现了高输出功率并具有紧凑的面积,为高功率太赫兹频率基波VCO设计提供了一种设计思路.     

自动识别并分割太赫兹图像中的可疑物

分析了太赫兹图像的特征,基于图像处理技术提出了一种新颖并且快速检测人体太赫兹图像的算法。使用改进的非局部均值滤波器来减少太赫兹图像中的噪声;应用主动形状模型(ASM)检测人体轮廓;采用基于TSED(total square euclidean distance)的k-means算法分割可疑物。实验结果表明,提出的算法能够很好地检测和分割太赫兹图像中的可疑物体。     

2020年太赫兹科学与技术热点回眸

 2020年太赫兹科学与技术在辐射源、探测器、5G/6G通信、医疗、农业、安检与军事等领域取得了一系列突破性发展,为太赫兹的工程应用和产业化起到了积极的推动作用。对2020年太赫兹科学与技术关键热点,包括6G通信、太赫兹医疗、太赫兹军事应用等进行了概述,并展望了其未来发展。     

太赫兹时域光谱成像系统的研究进展

太赫兹时域光谱成像技术具有穿透性、超快时间分辨能力、指纹光谱特性、安全无辐射电离等显著特点,在物质成分光谱分析、工业材料无损检测领域具有独特的应用价值,成为近些年来的研究热点。基于此,从成像体制和成像算法两个方向进行介绍。在成像体制层面,全面介绍了逐点扫描成像、太赫兹焦平面成像、太赫兹光电导阵列成像等二维的成像方式,以及突破衍射极限的太赫兹近场成像技术;在成像算法层面,介绍了飞行时间成像和断层扫描成像技术等三维成像方式。列举了太赫兹技术在生物医学、无损检测、安防检测等领域的应用。最后总结了当前太赫兹时域光谱技术所面临的问题。     

基于CMOS晶体管的太赫兹探测器研究进展

随着太赫兹波的广泛应用,太赫兹探测技术成为研究的热点,探测器件主要以肖特基二极管,量子阱二极管,CMOS晶体管为主,CMOS晶体管探测器件具有响应度高,信噪比好,等效功率高等优点.首先介绍了太赫兹探测器的技术指标,接着从结构及材料两方面对近年来CMOS晶体管的改进方案进行了综述对比,最后介绍了太赫兹探测器的应用并对应用前景及未来发展方向进行了展望.     

太赫兹场作用下一维超晶格的非线性响应

研究了太赫兹电场下一维超晶格的电子力学行为,通过驰豫近似求解了单微带内的密度矩阵动力学方程,由电偶极子行为方程计算得到了超晶格的太赫兹响应及其功率耗散,并考虑了碰撞在消除瞬时效应的重要性.超晶格的光学性质依赖于很强的动力学局域.     

太赫兹单光子探测器

太赫兹波探测技术在天文、国防、安检以及生物等领域发挥着越来越重要的作用.随着技术的发展,太赫兹探测器的灵敏度在不断提高,目前已经发展到单光子探测水平.在太赫兹频段,由于光子能量低,传输损耗较大,太赫兹单光子探测器的研制开发面临极大的技术挑战.本文首先介绍了太赫兹单光子探测器的基本原理、主要指标和测试系统并提出了实现太赫兹单光子探测的基本要求.然后,介绍了几种常见的太赫兹单光子探测器,包括半导体量子点探测器、量子阱探测器以及超导量子电容探测器,并对这些器件的发展历史、工作原理和性能指标进行了概述.半导体量子点探测器以及量子阱探测器可以实现10-21W/Hz1/2量级的噪声等效功率,并且具有很大的电流响应以及动态范围,但是其量子效率较低.超导量子电容探测器目前已实现1.5 THz的单光子探测,其噪声等效功率优于10~(-20)W/Hz~(1/2)并且探测效率可达90%.此外,纳米测热辐射计等太赫兹探测器也展现了太赫兹单光子探测的前景,本文对其工作原理和发展现状进行了介绍.结合目前国际上的重大研究项目以及报道的应用实例分析了太赫兹单光子探测器在太赫兹成像、天文观测、量子信息等领域的应用前景,阐述了太赫兹单光子探测器在这些应用中的优势.最后,对太赫兹单光子探测器的性能指标进行了总结并对未来的发展趋势进行了展望.     

太赫兹成像和光谱在医疗领域的应用综述

在医疗领域中,人们对于太赫兹成像与光谱的研究早已不再停留于几年前的基础研究了,而是深入到了以组织、细胞、皮肤成像以及中医药学检测分析等的集中研究.相比传统意义上的医疗手段,如超声波、X光、核磁共振及红外线等,太赫兹波技术具有更加显著的优势,主要体现在宽带光谱分析能力强、分辨率高及耗能低等方面.围绕着太赫兹成像和光谱技术...     

全光纤耦合异步光学采样THz-TDS系统

针对传统THz-TDS系统利用机械步进延迟线进行采样扫描的方式获取太赫兹时域谱使得检测信号速度慢等缺点,设计了全光纤耦合快速异步光学扫描THz-TDS系统,该系统利用以锁相环(PLL)和直接频率合成器(DDS)为核心的电子系统精确控制两台飞秒激光器重复频率,使之有较小的固定频差,使两台飞秒激光器的脉冲之间产生周期性呈线性增长的相位延迟,实现了一个脉冲对另一个脉冲的毫秒级快速扫描. 结果表明,该系统对太赫兹脉冲的扫描时间缩短为2ms,实际采样频率可达到1GHz. 有效解决了以往太赫兹光谱检测速度慢、便携性差等问题,从而进一步拓展了太赫兹光谱测量的应用范围.      

太赫兹技术在纺织检测中的应用

太赫兹波(THz)是一个位于微波与红外辐射间特定波段的电磁辐射的统称。近年来,随着固态震荡器与超快激光等技术的发展,提供了稳定可靠的太赫兹发射源,使得太赫兹技术有了飞速发展,在国民经济各领域有了广泛应用。本文简要介绍THz波的主要性质和产生原理,并从纺织材料检测及鉴别等方面介绍了THz波在纺织检测的应用前景。     

太赫兹成像技术在人体安检领域的研究进展

分析了太赫兹波的特点及其在人体成像安检中应用的潜在优势,概述了国内外太赫兹人体成像安检的发展现状,总结了太赫兹人体成像安检技术正在向阵列化、多频段、复合式方向发展,并对国内外学者在太赫兹图像处理算法上的研究成果进行了总结。     

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。     

汽油的太赫兹时域光谱特性研究

本文应用太赫兹时域光谱技术研究了不同型号汽油在0.28-2.1THz波段的光学性质,采用快速傅里叶变换得到样品的吸收谱和折射率谱.同时,运用傅里叶变换红外光谱装置测定了样品的中红外吸收谱.比较两种实验结果可知,不同型号汽油在太赫兹波段有明显的峰位位移和相对峰强改变,且吸收谱带展宽,说明样品在太赫兹波段比在中红外波段更具有吸收活性.太赫兹技术可作为中红外等光谱技术的互补手段,研究汽油组成的特性及鉴别其结构的细微变化等.     

太赫兹波通信系统中调制技术的研究

分析了近年来可用于太赫兹通信的调制技术,从内调制、外调制以及电混频、光调制方式等角度研究了各种调制方式的发展情况、技术特点以及研究前景.研究发现,受技术发展水平的限制,目前,采用太赫兹辐射源直接调制与外加调制器的调制方式普遍存在带宽不足的缺点.而太赫兹波段作为载波而言,10Gbps以上的调制速率才真正能够发挥太赫兹通信的宽带优势,具有实际应用价值和研究意义.采用电混频与光调制方式的太赫兹通信技术由于采用了微波通信与光通信的技术优势,目前在调制速率方面远远超过了前两种调制方式.     

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Smith-Purcell相干辐射源的研究

太赫兹辐射源的研究是太赫兹技术发展的重要环节.本文提出了一种基于Smith-Purcell效应的太赫兹相干辐射源物理模型,利用粒子模拟软件对该器件的工作特性进行模拟,给出了器件的工作频率为211 GHz、输出脉冲功率为80 Kw、效率为1.27%等参量.     

太赫兹时域光谱技术

介绍了太赫兹时域光谱技术的优势,太赫兹时域光谱系统及太赫兹时域光谱技术的原理和应用.     

太赫兹等离子体激元增强传感研究进展

太赫兹作为一个大多数有机分子和生物大分子的振动和转动频率所在位置,已引起全社会的高度关注.近年来,随着太赫兹源和探测技术的不断发展更新,使得获取稳定的宽带太赫兹脉冲源成为一种常规技术.然而,相比于太赫兹波波长,由于分子的吸收截面非常小,导致微弱的相互作用,很难根据太赫兹特征光谱的变化对物质进行种类判定或定量分析的传感检测.如何增强太赫兹光谱技术的传感灵敏度,快速便捷地实现微量样品的检测,是太赫兹传感亟待解决的现实问题.电磁超表面凭借其独特的共振电场增强效应为解决这一问题提供了很好的解决方案.太赫兹等离子体激元增强传感研究自2000年起其发展已有了长足的进步,多种基于不同电磁超表面的太赫兹增强传感创新技术与方法被相继提出.本研究重点介绍这些针对太赫兹传感增强提出的表面等离子体共振传感器的最新研究进展,并详细指出它们的优势和不足.在此基础上总结了太赫兹增强传感的研究工作,并对其未来的发展方向进行展望.