基于被动太赫兹波图像的图像分割技术

研究被动太赫兹波图像的图像分割算法. 针对被动太赫兹波图像水平和竖直方向平滑程度不同的特点,提出了一种改进的高斯-拉普拉斯算子,不同于传统高斯-拉普拉斯算子各向同性的特点,改进的算子在水平和垂直方向上对边缘具有不同的检测尺度. 实验表明,利用该算子可以将被动太赫兹波图像中的人和隐匿物品自动分割,能够准确、快速地对可疑的隐匿物品进行定位,使被动太赫兹波成像技术满足实际应用的需求.      

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。     

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。     

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,主要对太赫兹技术在生物医学和中医药学方面的应用分别进行阐述,分析了其在人体皮肤组织、肿瘤、骨密度、癌症以及中草药方面应用的现状和发展,并在此基础上,提出此阶段所面临的各种问题,并对今后太赫兹发展做出展望.基于上述的研究进展为太赫兹成像和光谱技术在医疗领域的应用奠定了基础.     

Nb_5N_6 microbolometer太赫兹检测器

随着太赫兹科学技术的快速发展,太赫兹检测器件的性能也在不断提高,为微弱信号的检测和太赫兹成像奠定了坚实的基础.本文针对Nb5N6薄膜材料,研制了Nb5N6microbolometer阵列芯片及其基于这种芯片的太赫兹准光型接收机.单个Nb5N6 microbolometer的直流电压响应最高达760V/W,对应的直流噪声等效功率(NEP)为1.3×10-11 W/√Hz.在实际系统中,由串联结构的Nb5N6 microbolometer构成的准光接收机,光学电压响应率高达428V/W,对应的光学噪声等效功率(NEP)为2.3×10-11 W/√Hz.Nb5N6 microbolometer太赫兹检测器室温工作、工艺简单、检测灵敏度高,响应时间快,便于集成超大规模阵列,为太赫兹信号检测提供了一种有效的途径.     

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。     

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.     

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.     

宽带太赫兹大规模MIMO系统中的混合预编码

针对宽带太赫兹大规模多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)通信系统中更大的带宽和更多的天线导致的波束分裂问题,构建了基于时延的宽带太赫兹大规模MIMO系统的混合预编码通信模型,并提出了一种高效且可实现的联合时延和相位的宽带太赫兹混合预编码算法。考虑到时延器值的硬件限制,通过最小化最优模拟预编码与等效模拟预编码之间的差来联合优化模拟预编码矩阵和数字预编码矩阵,将联合优化问题转换成目标优化问题,通过将非凸问题转换成等价的凸问题来求全局最优解。仿真结果表明,提出的算法可以获得接近最优的可实现速率性能,且可以提高能量效率。     

Research of the terahertz dual-band notch filter based on FSS structures

In this paper, a dual-band notch filter for two-layer frequency selective surface （FSS） at terahertz （THz） frequency with high fil- tering performance has been realized on high-resistivity silicon substrates. With periodic metallic resonators patterned on the sili- con wafer, the designed filter can provide two tunable resonant frequencies for terahertz application. The transmission response was improved by introducing an extra surrounding pattern around the T-shaped structure, and the location of transmission drop was tuned independently with geometric parameters. Simulated by finite-integral time-domain method, the filter is designed to operate between 0.2 and 0.6 THz with dual-band band-stop performance, a salient feature of this design is making the low sensi- tivity of its frequency response to the incident angles, which allows to place the filter close to the radiation source with spherical wave fronts. The proposed structures were fabricated using photolithography and tested by THz time-domain spectroscopy system Experimental results show that the transmission response has more than 12 and 32 dB rejections near 285 and 460 GHz respectively, which is in good agreement with the simulation result.     

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。     

基于光电流模型的液体介质太赫兹辐射的理论研究

目的 超快激光作用液体介质相较于与气态、固态介质可产生更高能量的太赫兹波,相关研究工作在实验方 面已相对完善,而理论方面缺少完整解释过程,运用逐步建立瞬态光电流模型的进程详尽论述其物理机制,并通过 此模型研究水、丙酮等 4 种溶液在不同参数条件下对太赫兹的转化效率。 方法 以水分子为例,在传统光电流模型 的基础上,基于其电离原理构建三能级系统,通过水分子电离势确定电离弛豫时间,并联立分子驰豫时间与三阶非 线性极化率来确定水分子电离率及电流强度,进而构建完整的液态溶液瞬态光电流模型,并运用该模型在两束 800 nm 高斯光场下,研究了在水与丙酮等 4 种液体中不同激光参数对太赫兹辐射能量的影响。 结果 电场强度越强,导 致的分子电离率越高,对应的太赫兹转换效率也越高,并且在特定的激光强度下,最强太赫兹辐射能量对应一个最 佳脉宽及脉冲延迟,处于亚皮秒量级,此外,进一步对比了水和丙酮溶液中,太赫兹辐射的能量差异和时频谱特征, 结果表明丙酮辐射产率始终最高。 结论 在液体介质中,太赫兹辐射的能量受介质电离势、吸收系数、分子密度等多 方面影响,这也同样说明和验证了丙酮综合性能参数优于水、重水和乙醇。 利用光电流模型研究不同液态中太赫 兹辐射的强度,为理解相关更多液态介质的辐射情况以及实验提供了参考。     

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,进而实现对入射太赫兹波的幅度调控.仿真结果显示,随着二维电子气浓度的改变,调制器的调制深度也随之变化,该调制器在0.146 THz和0.223 THz中心频点处的最大调制深度分别可达到96.9％和92.2％.此外,该调制器可以通过改变器件的结构参数调节器件的工作频点,能够灵活地满足实际应用需求,在无线通信和实时成像等领域具有潜在的应用价值.     

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.