太赫兹技术与在太赫兹波段的超光速研究

首先综述了太赫兹电磁辐射的性质和特点、太赫兹电磁辐射的产生和探测、以及太赫兹技术的应用.文章重点介绍了太赫兹波段的超光速研究进展,这里以介绍英国Strathclyde大学Klaas Wynne等人的若干实验结果为主.     

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.     

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.     

基于多波段的太赫兹吸波体高灵敏传感器

基于目前多波段吸波器工艺复杂且波段较少,设计一种由两个开口谐振环所组成的多频段吸波体高灵敏传感器。采用时域有限积分法对其进行仿真分析。结果表明,所设计的传感器具有4个吸波率96%以上的吸收峰。在其表面附着一层待测物,改变其折射率,发现其各波段吸收峰的频率与折射率之间均呈现良好的线性特性,且在频率f=3.095 THz处具有较高的灵敏度915 GHz/RIU和较高的FOM值19。将其应用于不同浓度的葡萄糖溶液仿真检测,结果显示其可以有效传感3%、5%、7%、9%浓度的葡萄糖。此吸波体高灵敏传感器的出现可以避免吸收峰少所带来的分析物无法检测及检测精度较低等问题,为葡萄糖的检测提供一种新的手段。     

RDX在太赫兹波段特征吸收峰成因的研究

借助Gaussian 03软件采用密度泛函理论对TNPG单分子进行理论模拟,理论和实验的结果符合的很好,表明了炸药TNPG在0.2～2.5THz范围内的THz光谱主要是有分子内振动模式导致的。由Gauss View可视化功能,再根据理论模拟结果对实验所得到的吸收峰的成因进行了指认。为验证吸收峰的成因与硝基的扭转振动的关系,我们研究了一些结构类似的含硝基的分子(2,4,6-三甲基-1,3,5-三硝基苯分子式C9H9N3O6和1,3,5-三甲氧基-2,4,6-三硝基苯分子式C9N3O9)。采用密度泛函理论对它们的单分子模型进行了理论模拟。对理论模拟结果的特征峰进行了分析指认。从这些理论模拟结果可以看出TNPG、2,4,6-三甲基-1,3,5-三硝基苯和1,3,5-三甲氧基-2,4,6-三硝基苯有相同特征的吸收峰,且都由硝基振动引起。由此推测了硝基振动对RDX的吸收峰的贡献。     

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.     

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。     

润滑油的太赫兹波段光学与光谱特性研究

采用太赫兹时域光谱（THz-TDs）测试和近红外光谱测试相结合的方法,研究了不同种类的润滑油在0.3-1.6THz波段的光学性能和光谱特性。实验结果得到润滑油在太赫兹波段比在近红外波段更具有吸收活性,不同种类的润滑油可以根据其在太赫兹波段的特征谱进行鉴别。太赫兹时域光谱技术在润滑油分析领域的应用表明,该技术将在石油领域产生重大影响。     

面向太赫兹波段的负曲率光纤设计及数值研究

文章设计了一种基于环烯烃共聚物(cyclic olefin copolymer, COC)的空芯负曲率光纤(negative curvature fiber, NCF),分析结构参数光纤芯径、管径和毛细管厚度对光纤限制损耗的影响,并对参数进行优化,使得单包层NCF在2.0～2.5 THz频率范围内限制损耗为10^-4～10^-5 dB/m,损耗最低值可降到8.90×10^-5 dB/m;引入内包层管破坏常规负曲率光纤的对称性,使纤芯模式与内包层管壁模式进行耦合,从而增加x和y偏振方向的折射率和损耗差异产生双折射;对影响光纤双折射特性和限制损耗的因素进行分析,在2.0～3.0 THz频率范围内双折射系数可达到10^-4～10^-5。该文结果为太赫兹NCF的长距离传输、偏振敏感等应用提供了一条新的途径。     

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.     

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。     

基于分形结构的太赫兹超材料吸波体

基于分形结构在太赫兹频段设计了一种超材料吸波体,发现该吸波体出现双频点吸收现象.仿真研究了衬底厚度对吸波体吸收率的影响,调节衬底厚度可以实现吸波体与自由空间的近似阻抗匹配.第一谐振点A在衬底厚度为5.4μm时的吸收率最高,第二谐振点B在衬底厚度为1.4μm时的吸收率达到99.9%.随着分维数的增加,谐振频点B逐渐向高频移动,吸收效率几乎保持不变.仿真结果表明,通过调节分维数,可以设计不同频点的吸波体.对双层结构和三层结构进行仿真优化,设计了宽频带吸波体.     

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.     

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.     

太赫兹技术进展及其在工业中的应用

近年来,太赫兹技术日渐成熟,工业应用领域不断扩大,市场上出现了越来越多的太赫兹产品。本文主要分析太赫兹技术的发展,并对未来太赫兹工业应用市场进行中期和长期展望。     

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.     

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。     

高性能电控太赫兹幅度调制器研究

设计了一种由具有高谐振强度的四开口圆环超材料结构和高电子迁移率晶体管(high electron mobility tran-sistor,HEMT)复合结构构成的电控太赫兹幅度调制器.将HEMT巧妙地设计在四开口圆环超材料结构的开口处,通过外加电压的方式调节HEMT沟道中的二维电子气浓度,改变超材料结构的谐振模式,进...     

爆炸物太赫兹谱的研究

对单质炸药环RDX以及多种以RDX为主体成分的混合炸药进行了不同形态样品的太赫兹(THz)谱的实验测量. 利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)给了在0.2-2.5THz范围内炸药样品在不同形态下的吸收系数.结果发现,单质炸药RDX,以及多种以RDX为主体成分的混合炸药具有相同的特征吸收峰;聚乙烯没有特征吸收峰;炸药粉末状样品对THz的吸收相对于片状的样品来说较强.实验结果显示,利用THz-TDS技术可以对单质炸药以及以其为主体成分的混合炸药进行检测和识别.