低相位噪声、宽频域CMOS集成压控振荡器的设计

该设计基于设计压控振荡器的基本理论,结合国内外研究现状,设计出了一款低相位噪声、宽频域CMOS集成压控振荡器,主要工作成果有:谐振回路无源器件的片上实现,对无源器件的闪烁噪声进行重点优化,降噪技术为二次谐波谐振技术和感性压控端技术;     

一种具有超宽禁带的S-CSRR新型电磁带隙结构

研究了高速电路领域电源/ 地平面之间的电源完整性问题,并设计出在电源地平面之间加载的一种新型“S”形互补开口谐振环(S鄄CSRR)电磁带隙结构,用以有效阻止同时开关噪声在电源分配网络上的传播。以抑制深度-30 dB 为标准,能够得到高达9 GHz 的超宽禁带,明显优于传统的“L”桥型电磁带隙结构。在电磁干扰方面,空间辐射电场的实验结果显示,在部分频段,该新型电磁带隙结构相比无电磁带隙结构的参考板具有更低的电磁干扰。此外,文章还探讨了该电磁带隙结构作为电源平面时的信号完整性问题。研究表明,在这种结构上采用差分线传输信号,对信号完整性的影响较小。     

一种超材料的平面型频率选择反射面特性研究

为降低频率选择反射面的设计维度和制造成本,研究了开口谐振环的结构尺寸对谐振点的影响,提出了一种双面印制型开口谐振环(Split-Ring Resonators,SRR)结构.利用负磁导率超材料,设计了一种双面印制型SRR结构,在平面内对SRR正交排列形成双面印制型频率选择反射面,对馈源频段的垂直极化波反射,而对其它频段来波透射.通过对新型频率选择反射面的测试,测试结果表明符合设计频率选择反射面(Frequency Selective Reflector,FSR)的反射性能.     

集成光学陀螺最佳调制频率确定的研究

以无源环形光学谐振腔为核心敏感器件的谐振式光学陀螺结构,被广泛应用于集成光学陀螺设计中.该结构通过对光信号进行外差式调频处理,提高系统灵敏度,调制频率的选择对最终实现的灵敏度有重要影响.根据调频光谱测量原理,从微分吸收谱测量出发,毋须复杂的数学处理,可以推导出理论上实现陀螺极限灵敏度的最佳调制频率,证明其与谐振腔谐振特性的半高全宽有确定的数量关系.因此,对任何结构的谐振式光学陀螺,谐振腔结构参数确定后,最佳调制频率亦随之唯一地确定.     

频率可调太赫兹微结构光电导天线

太赫兹波低频段辐射计在地球大气和分子探测中的需求不断增加。在微波电开口谐振环等效电路模型及其谐振特性仿真设计的基础上,将微波谐振结构和传统带状线偶极子光电导天线结合,提出了新型微结构光电导天线,具有频率调节灵敏度高、谐振特性明显的优点。加工了不同尺寸的新型光电导天线和常规的带状线偶极子光电导天线实物,并进行了实验对比研究。两种类型的太赫兹辐射频谱明显不同,新型光电导天线由于微结构电开口谐振环的双频谐振特性出现了两个谐振峰,3 dB相对带宽约为50%,得到了窄带特性;而传统光电导天线只有单峰,3 dB相对带宽为93.07%,显然为宽谱特性。对于新型光电导天线的仿真和实测吻合较好,调节微结构天线的谐振环臂长可以获得较大的峰值频率移动相对值,从而也验证了理论模型、谐振单元仿真结果的有效性。     

用于传感的聚合物微谐振环的研制

对一种用于传感的聚合物微谐振环进行了研制.器件为多模耦合器结构,作为微谐振环的输入/输出耦合结构.微谐振环采用跑道形结构.首先分析了器件的原理,给出了器件的优化设计参数.采用紫外光敏材料SU-8和CYTOP作为波导芯层和下包层材料,制作了上述结构的微谐振环器件,并进行了测试.扫描电镜的结果显示,所制备器件的整体形貌比较清晰,波导结构均匀光滑,侧壁陡直度较高.采用截断法测得单模直波导的传输损耗约为2.2 dBcm.对多模耦合器(MMI)结构和弯曲波导的测试表明,MMI结构在较宽的波长范围内实现了接近50:50的功分比,且损耗较低,而纯弯曲波导结构的通光性能良好.测量得到的器件谐振输出光谱表明,器件在主谐振峰处的插入损耗约为38dB,自由光谱区(FSR)约为1.87nm.过数据处理分析得到弯曲波导的传输损耗约为5.2 dB/cm.提出了进一步降低器件损耗、改善器件性能的措施.     

基于三角形开口谐振环的异向介质特性研究

以三角形开口谐振环代替传统的开口谐振环(SRR),利用其谐振特性激励磁响应从而实现负磁导率。设计了两种三角形开口谐振环加线的异向介质结构,分别通过参数提取、棱镜仿真以及能量传输实验等三种方法验证其左手特性。结果表明,在分别由两种结构组成的棱镜实验中,根据斯涅尔定律计算出的折射率与各自的参数提取结果相同;同时,二者负折射率频段与能量透射频段基本一致。     

Fabry-Perot谐振天线研究综述

Fabry-Perot谐振天线自提出以来,在微波和毫米波频段得到了广泛的应用,引起了国内外许多学者地重视,并取得了一些研究成果,已逐步成为国际上一个比较新的研究热点.文中对Fabry-Perot谐振天线的结构、理论分析模型、研究动态等有关问题进行了比较详实的分析和综述,指出了几种理论分析模型在分析此类谐振天线时的一致性,提出了FabryPerot谐振天线可以看作是EBG谐振天线的一个特例.同时对目前此类天线的主要研究方向进行了归纳与总结,并指出了有待研究的方向.     

基于mie理论的全电介质纳米颗粒的谐振效应

在可见光波段实现对光的操控是电磁波研究领域的一个里程碑。基于表面等离激元共振(SPP)的金属纳米结构实现对光的电磁响应已经取得很多丰硕的成果,但由于损耗高和纳米结构的制备问题,大大限制了它的应用。因此需要另外一种方案代替金属纳米结构,根据mie理论折射率较高的单个Ti O2纳米颗粒在可见光波段会出现强烈的偶极子谐振,由于在电偶级子谐振与磁偶极子谐振会出现增强散射的现象,通改变颗粒的尺寸可以在整个可见光波段优化散射增强的位置。我们进一步探索将Ti O2纳米柱阵列放在玻璃薄膜上并以硅为基底,发现Ti O2纳米柱和基底有较强的耦合导致出现很窄和很高(90%以上)的反射峰。这些独特的光学性质对在可见光波段设计低耗损纳米光子集成器件具有一定的指导意义。     

基于连通矩形谐振环结构的双波段左手材料吸波器

提出了一种工作于电磁波平行入射情况下的双波段连通矩形谐振环结构单元左手材料吸波器,充分利用电磁超材料的强谐振损耗性质,通过合理设计左手材料的电磁参数,并利用 CST 对其进行结构进行仿真优化,设计出具有较佳吸波效果的吸波器,使其中两个吸收峰位于以 5.41GHz、7.11GHz频段,且吸收率高于同频段的传统碳膜材料吸波器。制备了双波段连通矩形谐振环结构单元左手材料吸波器,并测量其传输特性。实验结果表明,实验与仿真结果一致。该吸波器可作为微波电路的衰减器,取代传统吸波器结构。     

基于太赫兹人工超材料的带阻滤波器

鉴于太赫兹辐射的特殊性,其难以与自然界中多数材料发生电磁相互作用,导致太赫兹功能器件匮乏。人工超材料通过人工设计结构单元的周期排列组合,可实现太赫兹波段电磁响应的调控。本文设计一种由二氧化硅衬底上的单层金属方形谐振环结构构成的太赫兹带阻人工超材料,具有窄带宽、深带阻特性、偏振不敏感特性,通过近场电场和表面电流分析,带阻共振特性源于谐振环结构的电偶极共振。该设计结构简单,易于制备,在太赫兹调制器件、太赫兹通信、光电探测等领域具有应用价值。     

太赫兹表面等离激元及其应用

金属或半导体与介质分界面上的电子与光子互作用形成的光学表面等离激元(SPP)以及人工超构材料或二维原子晶体材料表面上的电子与太赫兹波或微波互作用形成的人工表面等离激元(SSP)是小型化与集成化太赫兹有源/无源器件和太赫兹超分辨率成像的重要物理基础。随着太赫兹科学技术的发展,太赫兹表面等离激元研究在国际上受到很大关注。本文介绍了传统的光学表面等离激元及其发展,详细阐述了太赫兹波段的人工表面等离激元(SSP)和石墨烯表面等离激元(GSP)的基本原理和发展历程,对表面等离激元在太赫兹波段的新型辐射源、无源器件、超分辨率成像及其他领域的应用进行了较为全面的总结和评述,并对该领域未来进一步发展的方向进行了展望。     

太赫兹射频器件与集成技术研究

无线通信、探测感知、安全检测、人工智能等民用和国防电子信息技术的不断快速发展与演进,对太赫兹(0.1~1 THz)技术提出了越来越迫切的应用需求。太赫兹波段具有丰富的频谱带宽资源,其宽带特性可以支撑未来6G高速率通信、新一代高分辨雷达系统性能的实现。同时,太赫兹通信和探测必须克服高频率、短波长所带来的高传播路径衰减、激增的无源器件与互连损耗以及有源器件功率生成和效率难题。本文将回顾太赫兹射频器件与集成技术的发展现状,阐述上海交通大学团队通过新型无源、有源器件与天线及其先进封装等技术方法,整体提升太赫兹前端系统性能的相关研究进展。     

太赫兹波导发展现状与展望

太赫兹波具有良好的穿透性、低能性和宽带性,在高速空间通信、环境监测、外差探测、医学探测、无损检测和国防安全等领域具有重要的应用前景.波导传输技术和功能器件是太赫兹系统不可或缺的重要组成部分,太赫兹波导的性能决定了太赫兹系统的信号传输效率和集成度,引起人们的研究兴趣.近年来,太赫兹波导的发展取得了长足的进步,从普通的金属...     

基于双重共振响应的太赫兹柔性可拉伸超表面（特邀）

可拉伸器件中太赫兹波特性的主动控制对于涉及大机械变形或拉伸的先进太赫兹应用至关重要。将金属超表面与弹性薄膜聚二甲基硅氧烷相结合,设计并研制了基于不同微观机理的双带太赫兹波段主动控制器件。利用金属与弹性薄膜在拉伸作用下的形变失配,通过周期敏感的十字结构超表面实现了双带调制效果。在36%的拉伸下,利用偶极子模式和晶格模式分别在1.26 THz和2.41 THz处实现了调制深度为90%和78%的双频带调制。通过晶格模式进行的调制工作频率具有较大的动态范围,可以从2.41 THz调谐到1.85 THz。由于电偶极子谐振模式和周期性晶格谐振模式的机制彼此独立,因此可以独立地设计两个谐振频率,从而在几何上调节双带调制器的频率间隔。提出的可拉伸超表面制备简单,具有强度调制深度大,频率调谐范围广的优点,既能用于太赫兹波的主动控制,也能用于被动式的位移传感。     

太赫兹波超材料吸波体的特性分析

超材料吸波体通常是由一些在介质基底表面上周期分布的亚波长开口环谐振器（SRRs）组成,它们的吸收率在很大程度上取决于顶层SRRs的结构细节及介质的材料性质。利用时域有限积分法（FITD）对太赫兹波的超材料吸波体进行传输特性研究,分析了PI介质厚度、单元尺寸、开口环谐振器宽度、顶层silicon的电导率和PI介质的介电常数对太赫兹波超材料吸波体吸收峰位置和吸收率大小的影响。此超材料吸波体的特性研究对太赫兹波调制器、滤波器、吸收器及偏振器等器件设计和制备具有一定的指导意义。     

基于U-net的被动式太赫兹安检危险品分割方法

针对被动式太赫兹安检系统检测图像识别危险物难度较大、精确度不高的问题,提出一种基于U-net的被动式太赫兹安检危险物分割算法。通过构建危险品的局部结构差异性假设和局部亮度差异性假设定位太赫兹安检图像中危险品可能存在的感兴趣区域(ROI),并选择拥有少量特征通道与神经元的浅层卷积网络针对ROI做图像超分辨处理,最后将图像输入U-net网络,得到质量高、轮廓清晰的危险品分割图像。通过实验证实了本文方法相比传统分割算法准确性有明显提高,有助于提高被动式太赫兹安检系统的危险品识别率。     

Direct Measurements of Terahertz Meta-atoms with Near-Field Emission of Terahertz Waves

We present the direct measurements of terahertz meta-atoms, an elementary unit of metamaterials, by using locally generated terahertz waves in the near-field region. In contrast to a conventional far-field terahertz spectroscopy or imaging, our technique features the localized emission of coherent terahertz pulses on a sub-wavelength scale, which has a potential for visualizing details of dynamics of each meta-atom. The obtained data show the near-field coupling among the meta-atoms and the impact of the electric field distribution from the excited meta-atom to neighbor meta-atoms. The observable LC resonance response is enhanced with an increase of numbers of meta-atoms. Furthermore, our approach also has a potential for visualizing the individual mode of meta-atom at different terahertz irradiation spots. These data can help us to understand the important role of the meta-atom in metamaterials and develop the novel terahertz components and devices such as active terahertz metamaterial and compact, high-sensitive bio-sensor devices.     

多壁碳纳米管薄膜在THz波段的传输与偏振特性

利用化学气相沉积法制备了三种类型多个超有序排列的多壁碳纳米管薄膜样品,通过太赫兹时域光谱技术,获取相位和振幅信息,详细研究了薄膜在太赫兹波段的传输特性。结果表明:超有序多壁碳纳米管薄膜在纳米管轴向方向与垂直于轴向方向表现出明显的光、电各向异性特性;测试的介电常数实部为负,虚部为正,证实了制备的薄膜具有金属性;薄膜具有的各向异性为研究其偏振特性提供了直接证据,随着薄膜厚度的增加,偏振度和消光比增加,其9 m厚的自由薄膜度可以获得99%的偏振度。研究结果对开展超有序多壁碳纳米管薄膜在太赫兹偏振器、调制器与光开关等领域的研究有重要指导意义。     

SRR异向介质特性研究及其在导波结构中的应用

将SRR异向介质引入导波结构.研究表明:含有SRR异向介质的平行平板波导和矩形波导将出现无截止频率传播和单模传输频带增大的横电波和横磁波.而对于含有异向介质的非辐射介质波导和H波导,纵剖面磁(LSM)波型和纵剖面电(LSE)波型的相速度能够减慢,并且会引起功率流动的增强.另外,LSM波型和LSE波型有时会出现传播常数随频率增高而减小的异常高次模式.利用异向介质的双各向异性效应可以有效减少LSM和LSE波型的高次模漏波现象.尤其当异向介质取单负参数时,高次模漏波将可以被完全抑制.