基于纳米复合材料的太赫兹滤波器研究

为了克服高阻硅片过低的太赫兹透过率和激光阈值,通过放电等离子体烧结(SPS)工艺制备了一种新型纳米复合材料,可以作为透过太赫兹波、隔离飞秒激光的高效太赫兹滤波器件.器件整体设计原理主要基于瑞利散射,粒径100nm左右的纳米颗粒可以选择性地使太赫兹波高效透过,透过率最多达90%,远超高阻硅片50%的透过率,并且可以散射掉大部分波长为800nm的高能激光.器件由太赫兹频段吸收率很低的金刚石纳米颗粒和真空球磨得到的高阻硅颗粒组成,金刚石的高熔点提高了激光阈值,疏松多孔的结构进一步减少了太赫兹波段菲涅尔反射损失,器件整体性能优异.     

太赫兹器件与纳米器件物理学及建模

“太赫兹器件及纳米器件：物理学及建模”国际专题讨论会2006年10月16日～19日在日本的会津若松举行。     

基于压缩传感的单点太赫兹成像

太赫兹（Terahertz,1THz=1012Hz）波通常是指频率在0．1THz-10THz（波长在3mm-30urn）范围内的电磁辐射．随着THz相关技术的发展,THz成像技术在更多领域将显示其更大的实用价值．在本文中,我们对物体进行单点THz成像,此系统的核心是一个单像素探测器和一系列随机掩膜板．成像的方式是基于压缩传感理论（cs）．此理论主要包括信号稀疏表示,编码测量和重建算法三部分．其核心思想是将压缩与采样合并进行,首先采集图像的非自适应线性投影（测量值）,然后根据相应重构算法由测量值重构原始图像．此系统通过测量图像和单一掩膜板的内积来得到单-THz强度值,最后得到一系列与掩膜板数目相同的测量值．CS理论可以从比N2少得多的测量值中来重建一幅NxN的图像,从而缩短成像时间,这种单点成像系统消除了对物体或THz波束进行光栅扫描的必要,不但提高了成像速度,而且保持了单像素探测的高灵敏度．我们利用连续THz波源一返波振荡器来进行实验并得到了初步实验结果．     

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.     

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.     

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.     

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.     

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...     

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.     

微加工中几何尺度对太赫兹光子晶体传输性质的影响

太赫兹(THz)光子晶体的研究在近些年得到快速发展,对其传输性质和相关功能器件的研究都有广泛报道,但现有研究很少从器件微加工和实验要求出发讨论器件的结构设计问题.通过数值模拟,明确了THz波段光子晶体基本几何参数的尺寸范围,重点分析了器件高度和传播方向上周期性单元个数对THz波传输性能的影响.研究结果表明,光子晶体的通带透过率随着光子晶体柱或孔高度增加而显著增加,保证柱或孔高度大于入射光波长是THz光子晶体加工中的一个重要要求;光子晶体沿传播方向行数越多,光子禁带内的透过率就越低,消光比越高,通带边沿就越陡峭,但通带的透过率会随着器件长度增加而下降,设计器件时需要折中考虑这两个因素的相互制约关系,确定最佳器件尺寸.研究结果为THz光子晶体的器件结构设计和微加工工艺设计提供理论指导.     

一种改进的负载感知的Ad hoc路由协议

对AODV协议进行修改,提出了一种简单有效的路由协议LA-AODV,每个节点根据本地链路层的负荷,决定拒绝或接受收到的路由请求,以避免拥塞,使得网络的负荷能更加均匀地分布.仿真结果表明,改进后的协议优于AODV协议,从而能改善网络的整体性能.     

一种基于802.11DCF的Ad Hoc网络节能协议

为了将一种基于802．11DCF的无线局域网节能MAC协议802．11PS用于多跳移动网络,提出了一种改进的报文驱动无线网卡动态关闭节能协议802．11NPS．802．11NPS使无关结点收到控制报文后延迟关闭无线网卡,从而很好地支持了路由协议的正常运行．它无需全网同步机制,也可用于全互连网络．文中还采用较精确的能耗模型对802．11NPS协议的性能进行了仿真研究,结果表明：在所考虑的仿真环境下,802．11NPS在全互连网络中最多可节能60％,在多跳移动AdHoe网络中最多可节能18％;802．11NPS的时延性能优于802．11DCF,而吞吐率则与802．11DCF大体相当．     

一种基于竞争的无线传感器网络低延迟MAC协议

SMAC协议周期性侦听和休眠的低占空比机制大大地降低了无线传感器网络的能耗,但却是以牺牲延迟和吞吐量为代价的。针对SMAC协议虚拟簇间调度不一致而导致的休眠延迟问题,提出并设计了一种低延迟协议LDSMAC,该协议采用全局同步机制使整个网络内的所有节点形成统一调度,保证了全网内的所有节点在相同时间激活,从而解决了数据传输中的转发停顿问题。仿真结果表明,相比于SMAC协议,LDSMAC协议在能耗略有增加的情况下,大大地降低了传输延迟,提高了网络吞吐量。     

多输入多输出的异构无线传感器网络时分多址调度算法

针对基于多输入多输出技术的无线传感器网络中节点接入信道过程复杂、容易产生碰撞等问题,提出了采用异构无线传感器网络模型和基于该网络模型的集中式时分多址调度算法．网络模型中的节点分为普通节点和带有多天线的特殊节点,节点被分为多个簇,特殊节点担当簇头角色,且在特殊节点间建立树形路由．该网络模型有效解决了分配时隙时节点的传输方向性问题．基于该模型的时分多址算法首先根据特殊节点的冲突节点度大小为节点染色,然后根据节点的数据包数与距基站跳数的乘积确定节点分配时隙的先后次序．实验结果表明,该算法可以有效避免冲突,提高时隙利用率,具有时延小、吞吐量大、适用于基于多输入多输出技术的无线传感器网络等优点．     

认知无线传感器网络中基于网络特性的单天线媒体接入控制协议

提出了一种基于网络特性的单天线媒体接入控制(STNC-MAC)协议用于认知无线传感器网络.该协议能使作为次用户的无线传感器节点有效地对主用户使用信道进行机会接入.STNC-MAC充分考虑了主用户和次用户的网络特性,通过定义数据传输单元和最大信道占用时间,设计出适用于STNC-MAC的数据传输方案和可用信道列表管理机制,克服多信道隐藏终端问题和“盲”状态问题;同时,在不对主用户造成严重干扰的情况下,实现了不同主用户信道利用率的数据信道支持不同长度数据包传输的功能.NS2仿真结果表明,STNC-MAC在吞吐量和平均时延方面比STDCA MAC和原始的IEEE 802.11 MAC更好地提高了网络性能.     

无线传感器网络中一种基于功率控制的MAC协议

无线传感器网络中,跨层协议的设计已成为研究热点.通过提取网络层和物理层中的一些信息,可以改进MAC(介质访问控制)层协议的设计.针对已有的一些跨层协议进行综合并优化,通过提取网络层的路由信息和物理层的发射功率信息,改进了MAC层TDMA(时分多址)方式下的时隙分配算法.通过更合理的时隙分配以及对每个节点发射功率的控制,使得整个无线传感器网络的能耗降低,寿命延长.从仿真结果可以看出该MAC协议达到了应有的效果.     

LONWORKS控制网络中的可预测p—CSMA协议

介绍在LONWORKS控制网络体系中，为了提高网络性能，在MAC子层中采用的与传统Carrier Sense Multple Access(CSMA)不同的可预测的p-坚持CSMA协议，并详细分析可预测的p－坚持CSMA协议的实现，比较了在不同通信服务下采用该协议，对冲突率和吞吐率的影响。     

一种自适应的无线传感网媒体接入控制协议

为了提升无线传感器网络在动态负载下的性能,提出了一种双阈值流量自适应的异步媒体接入控制(AX MAC)协议.该协议基于前导序列侦听技术,在发送频闪前导序列过程中插入握手机制,使得平均前导序列长度缩短为节点侦听间隔的1/2;同时提出一种双阈值的网络流量判决机制,使得节点能够自适应调整其侦听间隔.建立了基于Markov链的协议模型,并分析了协议阈值对节点调节侦听间隔的影响.仿真结果表明,AX MAC能够显著地减小动态负载下的网络延时;通过选择合适的阈值,能够达到较好的能耗和延时平衡.
     

基于节点剩余能量的无线传感器网络MAC协议

提出了一种基于节点剩余能量的MAC(REA-MAC)协议用于无线传感器网络.该协议改进了SMAC的竞争退避机制,考虑了节点的剩余能量来动态选择竞争退避时间,让剩余能量大的节点获得接入信道的优先权,从而使全网负载均衡,延长网络生存期.同时,它采用了自适应占空比调整的方法来适应网络流量的变化,减小了同步帧的开销.仿真结果表明,REA-MAC比SMAC减小了79%的冲突次数,延长了17%的网络生存期并且正确接收到的数据包增加了51%.     

基于优先级轮换的ad hoc网络MAC协议

该文提出了新的ad hoc网络媒体访问控制协议,即优先级轮换多址接入（priority rotation multiple aceess,简称PRMA）。该协议适用于单信道半双工电台。通过载波监听,并使用控制分组,PRMA有效地解决了在多跳网中的隐藏终端问题。在不同的访问周期,节点可能具有不同的优先级。为了避免冲突,节点按照优先级,在不同的时间发送分组。理论分析和仿真结果表明．PRMA协议在低负载和高高载时均有转高的吞吐量。