用于太赫兹空间传输的透镜设计及验证（英文）

太赫兹激光作为大角度发散的高斯波束不能简化为平面波或球面波.经典电磁理论和ABCD法则传输理论建模显示:正透镜实现太赫兹激光束的会聚,会聚后其像距明显小于透镜的焦距;焦距和太赫兹激光光束波前半径相匹配的负透镜可以实现太赫兹激光束的准直.实验证实f'=-188,的负透镜位于与太赫兹激光光束波前半径相匹配的位置时,即z=100 mm,太赫兹激光的发散角从6°提高到0.1°,20 m传输实验中,负透镜准直探测方案比正透镜准直探测方案更加简单有效.     

用于太赫兹空间传输的透镜设计及验证

太赫兹激光作为大角度发散的高斯波束不能简化为平面波或球面波.经典电磁理论和ABCD法则传输理论建模显示: 正透镜实现太赫兹激光束的会聚, 会聚后其像距明显小于透镜的焦距;焦距和太赫兹激光光束波前半径相匹配的负透镜可以实现太赫兹激光束的准直.实验证实f′=-188, 的负透镜位于与太赫兹激光光束波前半径相匹配的位置时, 即z=100 mm, 太赫兹激光的发散角从6°提高到0.1°,20 m传输实验中, 负透镜准直探测方案比正透镜准直探测方案更加简单有效.     

太赫兹大孔径折射透镜的焦移特性研究（英文）

研究了利用大孔径折射透镜对太赫兹波进行聚焦时产生的焦移效应。焦移效应所引起的焦点位置偏差会对太赫兹系统的成像或测量质量产生不利影响。通过理论计算和有限元分析仿真,研究并讨论了与透镜孔径、焦距和工作频率有关的焦移参考值。当使用商用透镜时,实际焦点位置需要通过焦移效应来确定,以保证太赫兹系统的工作效率。对于定制透镜的设计,焦移需要根据工作频率,在焦距的设计中进行补偿。这两个途径可以保障太赫兹系统的良好性能。     

太赫兹3D打印透镜综述

太赫兹波由于其独特的电磁特性可应用于超高速率无线通信、生物化学物质检测以及高分辨率成像等领域。但由于太赫兹波的物理波长小,传统适用于低频的加工工艺难以满足其加工精度的要求;而微纳米加工工艺又具有加工复杂、成本高等缺点。3D打印技术的发展为太赫兹器件的加工提供了新的选择和更多的设计灵活度。文章介绍了香港城市大学太赫兹与毫米波国家重点实验室在3D打印太赫兹透镜方面的最新研究动态和实验研究新成果,包括基于3D打印的太赫兹高增益圆极化透镜、近场聚焦圆极化透镜、贝塞尔波束生成透镜的设计,高精度3D打印方法的探索以及太赫兹天线测试方法等。太赫兹3D打印透镜天线具有低成本、低损耗、能快速成型等特点,可应用于不同的太赫兹场景中。     

飞秒激光的等离子体吸收太赫兹特性研究

在利用飞秒激光器产生太赫兹波的过程中,等离子体本身会对太赫兹波能量进行吸收,其吸收特性在太赫兹波雷达探测、等离子体隐身、电磁干扰研究等方面有着广泛的应用前景。结合理论分析设计了一种等离子体吸收太赫兹波的测量系统,提出等离子体粒子间相互碰撞吸收是导致等离子体吸收太赫兹波的主要原因,并在实验测量研究中发现等离子体密度大小、光学透镜焦距长短以及入射飞秒激光与倍频晶体晶轴角度是影响吸收程度的主要因素,这些研究为等离子体吸收应用提供了更加全面的理论支撑,有助于推动太赫兹波技术在军事及民用领域的快速发展。     

太赫兹准光传输面临的挑战

本文从太赫兹传输所面临的困难,讨论了利用自由空间进行传输太赫兹波的准光系统。通过对高斯波束传播的讨论,探讨了高斯波束与光学光线的区别,以及为什么光线光学和光学透镜设计方法不能用于高斯波束的原因。最后作者从阵列处理和傅里叶光学角度提出了太赫兹研究中的一些问题供同行参考和讨论。     

太赫兹波通信技术研究现状及展望

太赫兹波是介于微波与光波之间的尚未被完全开发利用的频段,基于太赫兹波的通信技术将是下一代通信技术的重点发展方向,并具有广阔的应用前景。首先介绍了太赫兹波通信的基本特性、太赫兹波通信系统的架构组成、以及太赫兹波通信的关键技术,然后对国内外太赫兹波通信的辐射源技术、信号调制技术、信号探测技术以及通信系统的研究进展情况进行了重点阐述,最后对太赫兹通信技术研发过程中面,l盏的困难进行了分析,并对未来太赫兹波通信技术的应用进行了展望。     

基于超构表面的太赫兹广角反射器

随着太赫兹技术的发展以及全球对6G通信的研究和期望，太赫兹通信技术获得了广泛的关注。但是太赫兹波具有很强的方向性，常常进行端对端的传播，且传播过程中容易被障碍物阻挡，太赫兹通信中的广角和定向传播成为技术难点。设计一种新的广角反射超构表面，其可将入射角为5°～45°的太赫兹波反射聚焦在同一位置，该位置距离样品600 mm，方向为13°。采用共振相位调制原理设计单元结构，利用透镜聚焦原理和相位补偿原理对单元结构进行排布并进行加工。在220 GHz工作频率下进行实验验证，实验结果证实了该器件的功能。所提方案为解决太赫兹6G通信难题提供了一个有效途径，具有一定的应用前景。     

相位阶跃变化型太赫兹波带片

对相位阶跃变化型太赫兹波带片衍射效率进行了理论研究。根据标量衍射理论,相位阶跃变化型波带片可以完成对高斯光束太赫兹波的聚焦。相位阶跃变化型波带片的衍射规律与薄透镜聚焦的规律相似。对其在光轴以及焦平面上太赫兹强度分布及衍射效率进行了模拟,通过与相位连续变化型,台阶型波带片的衍射效率进行对比分析,结果表明相位阶跃变化型波带片具有更好的衍射效率和性能。计算了一种相位阶跃变化型太赫兹波带片的加工尺寸,适合微机械加工法,有很好的应用价值。     

基于渐变折射率的太赫兹人工表面等离激元片上透镜特性

借助于结构化的金属/介质界面所形成的人工表面等离激元，能够将太赫兹场束缚在亚波长量级，同时利用单元结构对几何参数的色散特性，可以在二维尺度上操纵太赫兹波，为集成化、小型化片上太赫兹功能器件的发展提供了解决途径。利用立体金属柱子结构的色散特性构建二维渐变折射率透镜，在此基础之上设计平面望远镜、波导耦合器、双功能透镜等二维太赫兹人工表面等离激元传输调控器件，并通过电磁仿真分析每种功能器件的工作性能。本工作不仅丰富了太赫兹表面波调控器件家族，并有望进一步发展表面等离激元链路的太赫兹片上系统。     

太赫兹量子级联激光器及其光束表征技术

简要介绍太赫兹量子级联激光器(THz QCL)的工作原理及其进展。研究多个器件输出激光的光束质量,分别采用热探测器阵列和THz量子阱探测器(THz QWP)表征连续激射和脉冲激射THz QCL激光的光束图形,对比分析不同热探测器阵列对THz激光的表征能力,比较热探测器阵列和THz照相机对平行THz激光表征的差异。分析光束改善后THz激光光斑的尺寸、二维强度分布等特点,根据对THz QCL输出激光的改善效果,给出采用外部手段改善THz QCL激光光束的几种方法。研究表明,除了采用精细的波导工艺之外,锗(Ge)透镜、超半球高阻硅透镜和聚乙烯透镜都是外部改善技术中很好的手段。     

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。     

磁场对周期性极化铌酸锂晶体中产生的窄带太赫兹波的控制研究

本文 利用飞秒激光作用于光折变周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体和掺 镁(Mg)的PPLN(PP-Mg:LN)晶体通过光整流效应产生窄带太赫兹(THz) 辐射,通过外加磁场的 办法对THz脉冲串的振幅和寿命进行有效控制。随着外加磁场的增强,在光折变PPLN晶体中 产生的THz 波的振幅和寿命都随之减小;当外加磁场足够强时,光折变PPLN晶体中产生的THz波将完 全被抑制。外 加磁场之所以能够对THz波的振幅和寿命进行有效控制,主要是由于洛伦兹力的作用使光折 变晶体内部产生了空间电荷场。     

基于二维光子晶体的多频段太赫兹波滤波器研究

基于二维光子晶体,提出一种多频段 太赫兹(THz)波滤波器。在光子晶体中引入3条平行的横向波导,通过改变介质柱的半 径或插入半径较小的介质柱在 相邻波导之间构成耦合区域,使特定频率的THz波从中部波导耦合至上、下侧光子晶体波 导并分别从端口2和1输出, 其余的THz波经中部波导从端口3输出,最终达到多频段滤波的效果。利用时域有限差 分法和平面波展开法对所提出 的器件计算和仿真结果显示,频率为f=3.24和3.75THz的THz波分 别从端口1、2和3输出中,传输效率分 别达到95%和99% ,表明本文结构能很好实现多频段滤波效果。     

Attenuation of terahertz transmission through rain

Based on the Marshall-Palmer,Weibull raindrop size distribution and Mie electromagnetic scattering model,the relationships of attenuation coefficient of terahertz(THz) atmospheric window waves with precipitation rate and temperature are studied.Furthermore,combined with the loss of electromagnetic wave transmission in free space,the attenuation of THz communication and the transmission of current mobile communication signals through rain are compared and analyzed.The results show that the attenuation coefficient of THz transmission is increased with increasing precipitation rate,the difference of attenuation coefficient at different THz window waves is small,and the maximum difference is about 3 dB.The rain attenuation of THz wave is first decreased and then increased with increasing temperature,but the temperature has little effect on it.The attenuation of THz wave through rain is much larger than that of mobile communication signal.     

Real-time continuous-wave imaging with a 1.63THz OPTL and a pyroelectric camera

Real-time continuous-wave terahertz imaging is demonstrated with a 1.63 THz （184.31 lam） optically-pumped terahertz laser （OPTL） and a 124 × 124 element room-temperature pyroelectric camera. Transmission-mode THz imaging is presented for the samples hidden in various wrapping materials. These experimental results reveal the possibility to construct a simple real-time THz imaging system applied to nondestructive inspection.     

双波长波片导致的脉冲分离对双色场辐射太赫兹波的影响

由于群速度的偏振依赖性,飞秒激光脉冲入射到双波长波片时出射光脉冲会分离为两个具有一定时间延迟的飞秒激光脉冲。从实验和理论模拟两方面研究了双波长波片导致的脉冲分离现象对飞秒激光双色场成丝辐射太赫兹(THz)波效率的影响。实验结果表明,脉冲分离导致的时间延迟会降低双色场辐射THz波的效率,可通过零级双波长波片缩短分离脉冲之间的时间延迟,有效提高THz波的产生效率。     

理想介质中太赫兹波传输过程仿真

THz波与介质之间的相互作用及其在介质中的传输特性是THz技术研究领域内的基础问题,是THz辐射探测、成像及无损探测等系统设计的重要依据。针对介质中THz波传输问题,从电磁传输理论出发,同时结合国内外相关文献中的实验结果报道,利用系统分析的思想,分别构建了THz波在均匀介质和理想缺陷介质中的传输模型,并给出了相应的系统传输函数,最后结合仿真实验,对上述传输模型的有效性与合理性进行了验证和分析。仿真结果符合基本的物理规律,且与实际观测现象具有较好的一致性,因此所做工作及结论,对于深化THz波与介质相互作用及传输机理的认识均具有一定的借鉴意义。     

基于直线感应加速器的非相干太赫兹源设计

太赫兹波的产生途径有很多,本文通过理论设计和数值计算模拟了利用强流直线感应加速器神龙一号来产生 THz波。神龙一号直线感应加速器能够产生最大能量~20 MeV、束流强度~2 kA、脉冲宽度~60 ns 的脉冲电子束,脉冲电子束以不同能量通过偏转半径不相同的偏转磁铁后可以辐射出具有连续频率的太赫兹波。模拟计算了不同能量下的电子束通过偏转半径分别为0.2 m、0.5 m和1 m的偏转磁铁后得到的太赫兹波频率与电子束能量、磁铁偏转半径等的关系,太赫兹波的频率范围可达0.1 THz~9 THz,最大瞬时辐射功率~0.5 W。最后根据神龙一号直线感应加速器漂移段布局,设计得到偏转半径为0.5 m的偏转磁铁结构以及模拟结果。