基于FDTD的太赫兹光导天线三维辐射特性计算方法

光导天线是目前产生和探测太赫兹波最常用的辐射源之一,在太赫兹成像、光谱检测等诸多领域有着广泛的应用前景。本文介绍了基于时域有限差分(FDTD)的太赫兹光导天线三维辐射特性计算方法,在分析光导天线辐射原理的基础上阐述了半导体漂移电流、扩散电流对电场及磁场的作用,并根据实际运用情况对漂移方程、连续性方程进行简化,最终求得电流密度、电场、磁场的迭代方程,给出了光导天线辐射特性计算流程。     

小孔径螺旋型光电导天线的太赫兹辐射特性研究

研究了小孔径螺旋型光电导天线的太赫兹辐射特性.利用太赫兹时域光谱技术测量了螺旋型光导天线辐射的太赫兹波谱,得到了其时域发射光谱.通过快速傅里叶变换得到相应的频域光谱,同时对两种不同孔径螺旋天线的太赫兹辐射特性进行了比较.实验结果表明,太赫兹信号强度会随偏置电压的增大而增强;在偏置电压和泵浦光功率相同的情况下,较小孔径的...     

基于整形飞秒激光脉冲泵浦光电导天线的宽带太赫兹辐射研究

飞秒激光脉冲泵浦光电导天线可以产生宽带太赫兹脉冲辐射。采用具有缓慢上升-快速下降整形脉冲包络的飞秒激光脉冲与光电导天线作用产生宽带太赫兹辐射,基于Drude-Lorentz模型计算了太赫兹辐射的规律,并讨论了激光脉冲脉宽和半导体载流子寿命对太赫兹辐射产生的影响。研究结果表明,尽管这种整形飞秒激光脉冲的能量有所损失,但是这种泵浦方式能够比普通飞秒激光脉冲泵浦光电导天线产生更宽的太赫兹辐射。该结果为实验上基于光电导天线产生宽带太赫兹脉冲辐射提供了新的思路     

时域相干太赫兹源空间功率合成数值模拟研究

为了得到超宽带、大功率太赫兹波,提出了基于时域波形的超宽带太赫兹波空间功率合成的基本原理。利用标准数据进行了基于多路延迟和波形变换的空间功率合成数值模拟实验,得到了太赫兹波空间功率合成相关数据。结果表明,在超宽带太赫兹波空间功率合成物理实验中,飞秒激光辐射到各光导天线单元脉冲前沿可以存在一定的延迟;在光导天线优化设计和制备过程中,应特别注意减小太赫兹波上升沿的波形误差。     

大间隙GaAs光导天线的太赫兹辐射频谱特性

从麦克斯韦方程出发,采用电涌模型对用飞秒激光触发大间隙光导天线产生的太赫兹脉冲远场辐射特性进行研究。文章分析了大间隙GaAs光电导天线的天线电极形状和参数、天线间隙对产生的THz脉冲频谱特性的影响。用制作不同间隙、天线形状的光导天线进行产生THz辐射的实验,仿真实验结果表明:大间隙光导天线的带宽为0.1 THz～2 THz,不同的电极形状主要影响1 THz～2 THz频段内的THz信号幅值;间隙更小的光导天线的频谱带宽稍宽,而且在1 THz以上的高频段信号略高一些。     

基于DL模型与时域耦合波理论的PCA THz调制机理研究

太赫兹电导天线是太赫兹源或探测器的最常用器件之一。针对太赫兹波与金属微结构之间的相互作用效应以及远场辐射调制机理问题,本文提出了基于DL模型与时域耦合波理论的光电导天线太赫兹波调制机理研究。在工形光电导天线上引入金属微结构,采用DL模型理论求解瞬态电流以及时变电磁场,并经由格林函数处理后实现PCA THz的远场辐射;同时建立了瞬态电流和局域电磁模式之间的耦合模型,利用时域耦合波理分析了微结构光导天线THz波辐射的机理。研究结果表明:本文引入的微结构改变了等效模型的辐射阻抗,局域电磁模式能够存储能量6 ps后通过调整结构间的耦合系数以散射损耗形式释放出来;且存在耦合作用时,组合微结构对应共振频率处的辐射得到极大增强,该结论为后续光导天线结构设计和太赫兹波辐射调制奠定重要基础。     

提高0.14 THz 雷达成像质量的新方法

目前,国际上多个科研小组相继开展了太赫兹逆散射成像方面的研究,已开发出多个太赫兹逆散射成像系统。其电磁散射模型及成像处理方式多借鉴于其他辐射源已经成熟的研究成果,例如:雷达目标散射中心模型及ISAR/SAR, Born/Rytov 近似模型及层析成像。但上述方法直接应用于太赫兹波段将导致成像质量的下降。首先简要介绍了太赫兹雷达成像和太赫兹层析成像之间的关系,在分析两种成像方法特点的基础上,重点研究了大孔径、大带宽条件下的太赫兹逆散射成像,提出了一种基于Range-Doppler 算法的改进成像方法。最后,利用该方法对中物院研制的0.14 THz 雷达样机实验数据进行成像,并给出了典型目标的成像结果,验证了新成像方法的有效性。     

太赫兹波在军事领域中的应用研究

详细介绍了太赫兹波的优良性质及利用光导天线和光整流产生太赫兹波的方法.从远程监视、成像、爆炸物鉴别及无损检测等方面,重点介绍了太赫兹技术在军事领域中的应用.     

太赫兹光电导天线发射装置的优化设计

为了研究金属纳米狭缝对太赫兹光电导天线辐射功率的影响,基于时域有限差分法对太赫兹波通过金属狭缝时的增强特性进行了分析计算,研究了太赫兹波通过金属纳米狭缝电场的增强幅度与狭缝宽度和太赫兹波频率之间的规律。结果表明,在太赫兹光电导天线发射装置上增加一个纳米狭缝能够增强太赫兹波的发射功率,频率为0.1THz的太赫兹波通过70nm宽度金属狭缝时,辐射功率最大可以增强800倍。该研究结果对太赫兹光电导天线结构的改进有一定的借鉴意义。     

基于介质透镜的太赫兹引信天线技术

介绍了太赫兹频段引信天线的优缺点与背景需求。为实现太赫兹频段引信天线工程应用,分析了介质透镜天线在太赫兹频段的工作原理及应用特点,采用H面喇叭嵌装介质透镜天线形成太赫兹频段引信天线,可以有效缩短H面喇叭天线的纵向尺寸。并利用透镜的偏焦技术形成不同波束倾角的引信天线,对不同波束倾角的太赫兹引信天线进行了仿真计算,仿真计算结果验证了该技术方案的可行性。     

34μm孔径GaAs偶极子光电导天线辐射特性仿真研究

光电导天线的辐射特性仿真是设计和制造光电导天线的重要依据。将蒙特卡洛经验公式修正的GaAs迁移率随电场强度的变化关系引入德鲁德-洛伦兹模型,分析了光电导天线载流子输运情况。又将德鲁德-洛伦兹模型计算的光生载流子密度与时域有限差分方法相结合,得到34 m孔径GaAs偶极子光电导天线的时域、频域及三维辐射特性。辐射峰值为0.8 THz,频谱宽度大于1 THz,与太赫兹时域光谱系统实际测量得到的数据吻合。结果表明:仿真方法正确可行,能够为设计和制造高增益、宽频带的太赫兹光电导天线提供参考依据。     

小孔径蝴蝶型光电导天线太赫兹辐射源的研究

研究了5种小孔径光电导天线的太赫兹发射特性,并且对它们所发射的太赫兹波进行了对比,为研制高效率的太赫兹波发射源提供了参考依据。利用太赫兹时域光谱技术测量了光电导天线发射的太赫兹（THz）脉冲,得到了时域发射光谱,并通过快速傅里叶变换得到相应的频域光谱。结果表明,太赫兹信号强度随偏置电压的增大而增强;随着泵浦激光功率的增大而增强并出现饱和现象。偏置电压与泵浦激光功率相同时,我们对比5种光电导天线产生的太赫兹信号,从中找到了一种发射效率较高的小孔径光电导天线,并且研究了电极形状、电极间距对光电导天线发射效率的     

飞秒激光触发光电导天线产生太赫兹波的研究

研究了光电导天线产生太赫兹波的辐射特性,利用麦克斯韦方程及其边界条件,计算了近远场的电场强度;采用电磁波时域有限差分方法（FDTD）,在Matlab系统软件中,用C语言编写程序计算光电导偶极天线的辐射太赫兹波的空间电磁场分布,并在计算机上以伪彩色图形显示,这种电磁场的可视化结果为天线的设计和改进提供了直观的物理依据。     

光电导天线太赫兹波辐射特性研究进展

太赫兹科学技术已经成为当前电磁领域研究的热点,太赫兹波的产生是其关键技术,光电导天线(PCA)是目前产生宽频太赫兹波的重要手段。根据光电导天线太赫兹波的辐射特性的文献报道,对光电导天线产生太赫兹波的耦合输出效率、辐射场型、极化特性等研究进展做了较全面的评述,并针对光电导天线辐射特性对光电导天线应用的意义进行了探讨和展望,以期对光电导天线产生太赫兹波的研究和应用提供参考。     

NOVEL TERAHERTZ PHOTOCONDUCTIVE ANTENNAS

The photoconductive (PC) antenna is a key device for the recent terahertz (THz) photonics based on laser-pumped generation and detection of THz radiation. In this paper we report on two new types of PC antennas: the Schottky PC antenna and the multi-contacts PC antenna. The former one is able to detect THz radiation intensity without the time-delay scan and useful for applications where spectroscopic information is not important, such as the THz intensity imaging. The latter one is useful for the polarization sensitive THz spectroscopy, such as the THz ellipsometry. The characteristic features of these new types of PC antennas are studied by using a THz time-domain spectroscopy system.     

Analysis and design of a photoconductive integrated photomixer/antenna for terahertz applications

A new terahertz (THz) photoconductive photomixer/antenna device is presented. A continuous-wave THz signal is generated in a dc-biased photoconductive film by employing optical heterodyne scheme, and at the same time, the size of the film on the grounded dielectric substrate is designed to have an efficient broadside radiation. Incorporating the photoconductive film as the photomixing media and the radiation element not only eliminates source to antenna coupling problem but also makes the proposed device attractive for THz array source configurations. Analytical expressions for the photocurrent and the radiation power are derived under high dc bias condition, and the effects of the device configuration on its performance is studied. Two possible photomixer configurations, namely longitudinal and transversal, are introduced and their photomixing efficiencies and radiation power are compared. The typical nW output power is achievable by mW laser pump power for frequencies up to 10 THz.     

偏振可调的太赫兹光电导天线设计北大核心

提出了一种偏振可调的太赫兹光电导天线,其结构由四个弧形金属电极、低温砷化镓衬底和氮化硅抗反射涂层构成。通过对光电导天线的工作原理分析,可以发现弧形金属电极结构决定天线的辐射偏振,且衬底的载流子迁移率、载流子寿命和衬底材料对激光的吸收直接影响天线的辐射特性。利用COMSOL软件对该光电导天线进行建模仿真,其结果表明该光电导天线可以在45°方向倍增地辐射线偏振太赫兹波,且辐射强度相较于常规光电导天线提高了30%,辐射带宽高达10 THz。所设计太赫兹光电导天线具有偏振可调、结构简单和易于加工等特点,在太赫兹光谱检测领域具有广阔的应用前景。