基于温控系统的太赫兹可调谐滤波器

集成太赫兹滤波器是实现集成太赫兹通信系统的基本器件之一,为了使太赫兹滤波器实现片上可调,提出了基于温控系统的太赫兹可调谐滤波器。相比于其他的太赫兹滤波器,提出的片上可调谐滤波器的调谐方法简单,尺寸小,可以很好地与其他太赫兹器件集成到晶片上。利用温控系统改变晶片的温度,再利用硅材料的热光效应改变折射率,使得微环耦合状态发生变化,从而让太赫兹滤波器的谐振峰发生漂移。在将加热片从30℃逐渐加温到90℃的过程中,太赫兹可调谐滤波器在180 GHz附近的谐振峰中心频率从180.453 GHz逐渐减小到180.224 GHz,变化范围为0.229 GHz,谐振深度从-68 dB逐渐变化为-44 dB,半高宽由原来的0.040 GHz逐渐变为0.246 GHz。     

基于半导体的可调谐太赫兹滤波器研究

太赫兹滤波器在通信、传感、成像等领域有着广泛的应用。提出了一个基于半导体材料砷化镓的周期性微结构可调谐太赫兹滤波器,并对半导体材料的电介质特性以及微结构的太赫兹滤波特性进行模拟研究。提出了基于光栅结构的太赫兹滤波器,用CST软件时域有限差分法(FDTD)进行模拟仿真,0.1~5.0THz频段的太赫兹波垂直入射光栅表面,在225~325K范围内可获得工作频率为0.35~1.51 THz,1.16 THz的滤波带宽,同时保持透过率在85%以上,这对太赫兹滤波器的滤波带宽和透过率的提升具有重大意义。     

方兴未艾的太赫兹生物医学传感器

太赫兹生物医学传感器在当前研究中属于一个热点,其工作原理主要依托人工周期性电磁媒介或二维材料构建电磁亚波长结构,与入射的太赫兹波相互作用时,引发类似表面等离子体共振现象,产生的局域电磁场增强效应对周围的介电环境敏感,从而改变太赫兹光谱中共振的品质因子与谐振频率,实现对生物分子的高灵敏度检测和分析。围绕近几年的研究现状,从生物传感器的类型及其在生物医学等领域的应用分别加以阐述,讨论了太赫兹生物医学传感器所面临的挑战和发展前景,旨在提供一些有价值的建议。     

基于石墨烯太赫兹调制器的研究

利用石墨烯的电导率可以通过电压调节的特性,研究了一种基于单层石墨烯的太赫兹调制器。为了提高太赫兹-石墨烯相互作用强度,调制器采用一种石墨烯-金属复合结构。全波电磁数值仿真结果表明,在反射工作模式下,该器件在3.5 THz的调制深度大于90%。采用平面半导体工艺,实现了调制器原型器件,并对其反射谱进行了测试,实验数据与仿真结果相符,这为以后实现高质量的太赫兹调制器奠定了基础。     

太赫兹波的古依相移研究

为了测量太赫兹波聚焦点附近不同位置的太赫兹时域信号图对飞秒脉冲强激光在空气中进行聚焦,在形成空气等离子体细丝通道的同时辐射出锥型太赫兹波,并用离轴抛物面金镜收集和聚焦太赫兹波。利用电光采样系统来探测太赫兹波,得到其频谱宽度约为4THz。通过对比分析得出,会聚的太赫兹波同样具有古依相移效应。     

基于超表面的太赫兹复用成像

提出了一种基于单层超表面的太赫兹复用器件。该器件基于PB(back propagation)相位理论、广义斯涅耳定律以及马吕斯定律,实现了空间分复用成像。计算结果表明,所设计的器件能将一束线偏振入射光离轴出射,并产生多通道的复用图像。该器件的研究对拓展THz波段的高分辨成像、多通道信息传输等功能具有重要意义。     

太赫兹超材料传感器双开口针尖化设计

为了更深入地研究如何提高太赫兹超材料的品质因子,从而提高超材料传感器的检测灵敏度,对太赫兹超材料传感器结构进行了针尖化设计。以双开口方形环为例,对其双开口狭缝进行双针尖结构设计,通过理论仿真研究双侧开口针尖角度对太赫兹超材料传感器的共振频率、电流分布、共振峰半峰宽的影响。进一步根据公式计算出品质因子Q值,分析双针尖设计对双开口方形环检测灵敏度的增强效果。仿真结果表明,针尖角度为150°时,传感器的Q值可提升至未针尖化模型的5倍。所提出的针尖化设计也可适用于其他谐振器单元结构,将其引入现有的太赫兹超材料传感器设计中,将有助于进一步提高传感器检测灵敏度。     

太赫兹天线结构设计

太赫兹天线工作频率高(100 GHz~10 THz),加工、装配精度要求严苛,合理有效的天线结构设计是太赫兹天线工程化亟待解决的技术难题之一。文中研制了一套工作在0.33 THz的太赫兹天线,详细阐述了天线结构、各组成结构材料和互联以及天线装配,并根据使用环境,对天线结构进行了仿真和电性能测试。结果表明,整套天线满足刚强度等各项指标要求,也验证了该天线结构设计的合理性和有效性。     

基于太赫兹超材料技术低浓度莠去津的快速检测

除草剂不恰当的处理会导致土壤、水和空气的污染,并且会通过环境进入食物链,影响人体健康。莠去津作为常见的除草剂,在世界范围内的水环境中经常被检测到。目前常用的检测方法主要依赖于大型仪器,一般需要复杂的预处理,并且对操作人员的技能要求较高,难以普及。随着光学材料的发展,太赫兹超材料技术如今已扩展到越来越多的领域,常用于识别物质的细微变化。采用太赫兹光谱技术结合超材料检测低质量浓度莠去津溶液（0,1,10,100,1 000和2 000μg/L）,测得的透射谱经过归一化处理以及拟合分析。实验结果表明,利用太赫兹光谱技术结合超材料能够精确检测到1～2 124μg/L的莠去津质量浓度变化,有效提高农药检测的灵敏度。     

三种橡胶材料的太赫兹光谱研究

本文利用太赫兹时域光谱技术研究了氯丁橡胶、丁腈橡胶和三元乙丙橡胶在0.2～1.8 THz频段的光学性能和光谱特性,得到了三种橡胶的时域谱、折射率谱和吸收谱,进而计算橡胶在0.2～1.8 THz频段的吸收系数和折射率,结果表明可以通过吸收系数与折射率来区分不同种类的橡胶。这种方法为认识橡胶对太赫兹波的响应机制提供了科学依据,有望为橡胶材料鉴别提供一种有效的分析手段。     

基于平行板波导的双槽谐振腔的特性研究

为使在太赫兹横电波模式下基于平行板波导的对称的双矩形谐振腔结构在滤波、传感等方面有更好的应用,在理论上使用有限元方法对该结构在太赫兹横电波模式下进行了理论上的模拟仿真,并使用时域太赫兹波谱系统在实验上对其理论仿真结果进行了验证。理论和实验均表明在太赫兹横电波模式下基于平行板波导的对称的双矩形谐振腔结构,对谐振频率的选择以及谐振频率Q值的大小均与两平行板的板间距有关,即随着板间距的增大,谐振频点均出现了红移,红移的速率为136GHz/mm,并且其Q值也随着板间距的增大而变大。此结果对太赫兹横电波模式下基于平行板波导的对称的双矩形谐振腔结构在滤波、传感等方面的应用提供了参数上的依据。     

线性渐变滤光片的制备方法研究

提出了一种离子束刻蚀制备线性渐变滤光片(LVOF)的方法。离子束刻蚀过程中,通过在样片和离子束出射窗口之间加入开有三角形透射窗口的挡板以及样片水平方向多次来回运动完成楔形谐振腔层制备,配合离子束辅助反应电子束真空镀膜技术,完成线性渐变滤光片的制作。设计三组不同刻蚀次数的制作实验,制作出了工作波长为500~580 nm、线色散系数为1.03 nm·mm~(-1)的线性渐变滤光片。实验结果表明,通过调节样品台运动速率或者刻蚀次数,能够制备出具有预期楔角谐振腔层的线性渐变滤光片。     

一种梯形干涉链可调谐光滤波器的设计与研究

结合Mach-Zehnder干涉原理和多模干涉(MMI)耦合器的散射矩阵,从理论上推导出梯形干涉链可调谐光滤波器(LTOF)输出光场的表达式,采用优化算法搜索出不同级联级数下MMI耦合器的最佳分光比,并分析了衍射阶数和电极长度对LTOF调谐输出性能的制约关系。结果表明,对应最大峰值功率,存在随级联级数增加而增大的最佳分光比;增加级联级数会导致峰值功率和3 dB带宽减小,峰值隔离度增大;电极长度为原电极的1.4倍时,可实现LTOF连续双向宽调谐的功能。通过比较,验证了理论模型及分析方法的正确性。     

太赫兹宽带消色差偏折器设计

偏折器可以调控电磁波的传播方向,在传感、光通信等领域具有重要的地位,但是色差问题使传统偏折器的偏折方向随波长变化,很大程度上限制了偏折器的发展。为了消除偏折器中的色差问题,通过对太赫兹偏折中色差问题的物理机理进行分析,采用几何相位与共振相位结合的设计方法,在全介质超表面上实现宽带消色差偏折的功能。利用有限时域差分法(FDTD)在0.5 THz到1.1 THz的宽带范围内仿真验证设计的方法并实现了超表面消色差偏折的效果。     

单色超快激光成丝产生太赫兹辐射机理

单色超快激光与气体介质相互作用成丝产生太赫兹波是当前产生宽频太赫兹辐射的一个重要途径。介绍了不同模型下单色场(波长为0.8μm)超快激光与气体介质作用产生宽频强太赫兹辐射的产生机制,以及提升太赫兹波产生效率的几种方法。单色激光与气体介质作用产生太赫兹辐射的产生机制模型有渡越-切仑科夫辐射模型、激光有质动力模型和轫致辐射模型。研究表明,在拉丝周围外加横向电压、外加纵向电压和双拉丝的方法都能获得更强的太赫兹波。     

基于空间能量分布调制增强和控制太赫兹信号

为了有效地对太赫兹波进行增强和连续控制,提出一种通过外部空间干扰调制太赫兹波的空间分布对太赫兹波进行增强和连续控制的方法。通过理论计算对比了未放置和放置空心金属波导的太赫兹波的空间分布,并研究了通过外部空间干扰改变太赫兹波传播路径对太赫兹波空间分布的影响。研究表明,采用改变空心金属波导和激光拉丝相对位置的方法,可以得到连续调控的太赫兹波的空间分布,并且太赫兹波空间分布的最强点能量强度增强了近5.9倍,可为宽带太赫兹波的连续调控提供参考。     

多组件太赫兹时域波谱仪及其应用研究

针对固体、液体不同形态易燃易爆危险物品准确识别的要求,设计并搭建了多组件太赫兹时域波谱仪。用该波谱仪检测了两种不同形态的易燃易爆危险品。测试结果表明,该波谱仪在0.1～2 THz频谱范围内检测危险品时都能得到明显的特征吸收峰,因此可以使用该波谱仪识别不同形态的危险品,并为公共安全检查提供一种新的方法。