基于太赫兹气体激光器的连续波成像系统性能分析

实现了基于光泵浦远红外气体激光器和高莱管探测器的连续波太赫兹成像.从太赫兹光学器件的选择和配置角度讨论了成像系统的设计和搭建流程.详细测试了系统在信噪比、空间分辨率、探测器响应和成像速度方面的性能指标.利用该系统采集了一系列样品的太赫兹透射图像,实验结果验证了系统的成像效果,揭示出太赫兹成像技术在安全检查和质量控制方面...     

太赫兹辐射的多重反射光杠杆探测方法

提出了一种新型的微光学太赫兹辐射探测方法,以双材料微悬臂梁结构热探测方法为基础,通过多重反射光杠杆系统测量微结构的纵向微位移,从而实现太赫兹辐射量的测量。多重反射光杠杆探测方法微位移理论分辨率小于1 nm。搭建了微位移测量系统,实验结果表明,测试系统理论分辨率小于4 nm,实际分辨率优于10 nm。给出了基于该方法的太赫兹探测器设计方案和参数。因其具有良好的抗空气扰动和光束串扰能力,可以在常温下工作,适用于非制冷、实时、低成本、微小型化的太赫兹探测器和阵列式成像设备。     

连续太赫兹反射式共焦扫描显微成像特性分析

太赫兹反射式共焦扫描显微成像系统分辨率较高且可呈现物体三维像,因此具有很大的应用价值。针对一种连续太赫兹反射式共焦扫描显微成像实验光路,在所确定的系统参数条件下,计算分析了两种太赫兹波长(118.83μm和184.31μm)的系统轴向响应特性。仿真结果表明,所设计的波长118.83μm的成像实验装置横向分辨率可达0.23 mm,轴向分辨率约为4.27 mm;波长184.31μm的系统横向分辨率可达0.36 mm,轴向分辨率约为6.63 mm。探测器轴向偏移影响大于横向偏移影响。     

太赫兹探测器相对光谱响应校准技术

随着太赫兹探测技术的发展，精确测量太赫兹探测器的光谱响应变得越来越重要。分析了太赫兹探测器相对光谱响应的测量原理，搭建了一套太赫兹探测器相对光谱响应测量系统,对系统测量不确定度来源进行分析，选用太赫兹探测器对测量系统不确定度进行验证。通过分析实验数据可知，在1~10 THz范围内，系统的扩展不确定度为9.2%，可以满足目前太赫兹探测器相对光谱响应测量的需求。     

太赫兹被动成像系统性能研究

太赫兹被动成像技术具有很多独特的优势,已经成为安全检查领域的重要研究方向。为了进一步提高太赫兹被动成像系统的成像性能和实用性,研究了实验室自研的一套基于光机扫描的太赫兹被动成像系统的性能。通过探索不同系统参数和实验条件,包括成像距离、成像速度以及探测器状态,对背景噪声以及分辨率等图像性能的影响,获得了系统优化的性能参数,同时探究了该系统探测人体隐藏物品的能力,说明该系统可以有效地对人体进行安全检查。实验结果表明:该太赫兹被动成像系统的成像距离在机器前面1.5~2.5 m的范围内,即在大约1 m的景深内,能够显示清晰的太赫兹图像;该系统的成像速度为每帧1~2 s;探测器工作电平和增益对图像清晰度和系统噪声有较大的影响,存在一个优化的探测器工作状态,在该条件下可以获得清晰的太赫兹图像。在各项参数优化的条件下,该太赫兹成像系统可以达到的目标分辨率为1.5~2 cm,能够清晰地探测隐藏在人体衣服之下的金属物品和对太赫兹波有较强吸收的物质。     

一种基于CMOS的高集成度太赫兹近场传感器

为了解决太赫兹波段近场传感器分辨率低和成本高的问题,提出了一种高图像分辨率、高集成度的传感器设计方案.该330 GHz传感器基于55 nm互补金属氧化物半导体（complementary metal oxide semiconductor,CMOS）工艺仿真实现,由330~336 GHz调谐范围的单端输出环形振荡器、宽带谐振器和功率探测器在单一硅片下集成.仿真结果表明,环形振荡器在偏置电压为2 V时达到峰值输出功率0.9 dBm@330 GHz,即1.23 mW.根据振荡器调谐范围,设计了一个宽带谐振器用于对待测物进行近场感测,通过放置不同介电常数的物体于其顶端表面,再通过探测器读出输出电压,与未放置物体时探测器的输出电压的差值即为该传感器的响应.此单片集成的传感器可以在单片上实现太赫兹照明、探测、传感以及成像功能,在未来太赫兹近场成像领域有较强的应用潜力.     

太赫兹量子阱探测器性能研究及提高

提出了一个砷化镓基(GaAs/Al_(0.04)Ga_(0.96)As)太赫兹量子阱探测器,并对其光电流谱和背景噪声限制温度进行了表征,得到峰值响应频率为6.78 THz,背景噪声限制温度为16 K.理论上,首先,考虑多体效应对器件能带结构的影响,计算得峰值响应频率为6.64 THz,考虑到制备过程中的误差(THz器件较中红外器件,铝组分低,阱宽窄),理论与实验吻合的较好,证实了多体效应在太赫兹量子阱探测器中的重要影响;然后,对器件的电流电压特性进行研究,计算得到背景噪声限制温度为17.5 K,与实验吻合.太赫兹量子阱探测器较低的工作温度,极大限制了其应用,提出了两种实现高温探测的方法:(1)引入光学汇聚天线,提高器件背景限制温度,计算结果表明当引入增强系数为10~6倍的天线时,其背景噪声限制温度达到97 K(远高于液氮温度77 K);(2)太赫兹量子阱探测器与太赫兹量子级联激光器联用,可实现信号噪声限制模式,从而实现高温探测.计算表明,当激光器功率达到0.003 mW/μm~2,器件的工作温度可达77K.     

太赫兹主动关联成像技术研究

研究了一种基于主动关联成像方式的太赫兹成像系统,可利用一个太赫兹单点探测器实现目标的高速、高分辨二维成像,突破了太赫兹器件的分辨率限制。该系统采用双调幅板旋转方式产生可重复使用的测量矩阵,大幅提高了成像速度。通过数值模拟给出了成像距离、调幅板随机图形尺寸、采样次数、采样矩阵相关性等参数对成像结果的影响,得到最佳实验参数,并优化了双调幅板的运动策略。搭建的太赫兹主动关联成像实验装置采用波长为3mm的太赫兹源,实验证明其成像分辨率为4mm,且成像时间由调幅板的电机转速决定,证实了此种太赫兹成像方式的可行性。     

基于太赫兹半导体量子阱器件的光电表征技术及应用

光电表征技术是太赫兹应用技术的重要基础,涵盖了太赫兹频段光电器件表征、光谱测量、光束改善以及通信和成像应用等多个方面,在太赫兹应用领域中发挥着重要作用。介绍了太赫兹频段两种半导体量子器件的工作原理和最新进展,综述了二者在太赫兹脉冲功率测量、探测器响应率标定等光电表征技术中的应用及其在太赫兹快速调制与探测、太赫兹扫描成像系统中的应用,最后介绍了太赫兹光电表征技术的改善,包括激光源光束质量改善和探测器有效探测面积的提高方法等,并给出了器件及表征技术的潜在应用。     

基于65 nm标准CMOS工艺的3.0 THz 探测器

基于Dyakonov和Shur等离子体波振荡原理设计并流片制备了一种采用65 nm标准CMOS工艺的3.0THz探测器,探测器包括贴片天线、NMOS场效应晶体管、匹配网络及陷波滤波器。探测器在室温条件下可达到526 V/W的响应率(Rv)和73 pW/Hz1/2的噪声等效功率(NEP)。采用该探测器和步进电机搭建了太赫兹扫描成像系统,获得了太赫兹源出射光斑的远场形状,光斑的半高宽(FWHM)为240μm;并对聚甲醛牙签和树叶进行了扫描成像实验,结果表明CMOS太赫兹探测器在成像领域有潜在的应用前景。