太赫兹科学技术的综述

太赫兹技术是一项极其重要的技术,其电磁波段的开发和利用具有重大的科学意义和潜在的应用价值.本文综述了太赫兹技术的研究和发展,介绍了太赫兹波的独特性质,太赫兹产生和检测的方法,概述了太赫兹技术在生物医学、反恐安检、无损探测、天文大气以及无线通信等领域的应用和进展.     

太赫兹波的特点及其在国家安全等方面的应用

太赫兹（THz）波在电磁波谱上位于微波和红外线之间，是人类目前尚未完全开发的波谱“空隙”区。近十几年，伴随着一系列的新技术、新材料的发展和应用，尤其是超快激光技术的发展，极大地促进了对太赫兹辐射的机理、检测、成像和应用技术的研发，使其迅速成为一门新的极具活力的前沿领域。由国内外的研发成果表明，太赫兹技术在物理、化学、材料、生物、医学、信息、通信、国家安全等领域，具有重大的科学价值和广阔的应用前景。本文介绍太赫兹波的特点及其在国家安全等方面的应用，并展望其发展前景。     

MEMS技术在THz无源器件中的应用

太赫兹技术将在未来高精度频谱探测技术、高分辨率成像和高性能通讯等应用前景良好.太赫兹技术处于电子学与光子学领域的交叉领域,太赫兹器件的尺寸在数十微米到毫米量级,传统的机械加工技术很难达到加工精度要求,甚至无法加工.MEMS技术在太赫兹器件的加工方面具有巨大的优势.总结了目前采用DRIE,LIGA等工艺加工太赫兹器件的研...     

二维复式晶格光控四波长太赫兹波调制器

给出的基于复式晶格光子晶体的太赫兹波调制器是一种用数字基带信号对太赫兹载波进行强度调制的外调制器。该调制器利用复式晶格一个点缺陷可同时调制两个缺陷模的特点来同时控制四束不同太赫兹波的传输,从而实现对太赫兹载波的通、断调制。这种基于复式晶格光子晶体的调制器具有光子禁带大、体积小,了等许多优点。     

太赫兹时域光谱技术在涂层检测中的研究进展

涂层结构具有美观、隔热和耐腐蚀等优点,被广泛应用于航空航天、汽车船舶制造和制药等领域。但在涂层制备和服役过程中会不可避免地出现气泡和裂纹等缺陷,且涂层厚度和均匀性会直接影响涂层寿命,因此对涂层结构的检测显得十分重要。与常规无损检测技术相比,太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术非接触性好、抗干扰性强,适用于涂层结构快速无损检测。首先,简要地介绍了太赫兹波、太赫兹时域光谱技术和典型的太赫兹时域光谱系统;然后,详细地阐述了太赫兹时域光谱技术在光学参量、厚度和微结构检测方面的国内外研究进展,特别是太赫兹波在汽车船舶、航空航天和生物制药方向的厚度检测与成像;最后,分析了涂层结构无损检测的现状,对现有的太赫兹波检测涂层存在的问题进行了总结,并对其未来的发展进行了讨论和展望。     

太赫兹技术应用进展

近年来太赫兹技术的高速发展为太赫兹技术应用提供了基础。太赫兹以其高频率高穿透性以及低光子能量等优势,在多个领域受到了重点关注,并在多个具体的应用方向上实现了初步的探索。着重讨论用于高速率高带宽通信的太赫兹无线通信技术、用于生物化学物质检测研究以及用于医学领域的太赫兹光谱成像技术、用于无损探测系统的光谱成像以及谱分析技术、用于安全检查领域的太赫兹人体成像技术等太赫兹技术应用领域的进展,并对应用中存在的挑战进行了简要总结。     

基于真空电子学方法的太赫兹源

太赫兹技术因其在医疗诊断,安全检查等领域具有很大的应用价值,使其成为当前各国争先研究的领域。太赫兹源则是太赫兹技术研究中极为关键的器件之一,而基于真空电子学方法的太赫兹源又是当前太赫兹源研究领域的重要分支之一。综述行波管、返波管以及回旋管这几类真空电子太赫兹源的结构、原理,结合器件的频率、功率等问题进行了重点讲解,同时对纳米速调管这一极具发展潜力的技术进行了展望。     

铌酸锂晶片间的太赫兹无线传能

太赫兹无线传能在空间应用具备潜力。介绍了现阶段主要的太赫兹产生和接收方法，针对太赫兹波可以在亚波长铌酸锂晶片间的无线传输的现象，分析了利用片上微结构增强晶片表面倏逝场的可能，从而能够增加片间太赫兹无线传能的距离，为太赫兹无线能量传能的应用提供了一种可行性方案。     

光生太赫兹波振荡器的原理及实现

太赫兹波由于具有分辨率高、穿透力能力强等优点,正逐步成为军事和民用领域的研究热点.首先介绍了光电振荡器的基本原理,给出了光电振荡器输出信号的数学表达式.在此基础上,提出了光生太赫兹波振荡器的设计方案,该方案基于主动锁模光纤激光器、三光纤环和锁相稳频技术设计.分析了光生太赫兹波的设计难点,以及影响相位噪声和输出信号频率稳定性的因素,并给出了解决问题的具体措施.     

太赫兹成像技术的应用研究

太赫兹辐射(THz)是指频率范围在0.1～10 THz的电磁波,波段位于毫米波与红外波段之间,其应用主要集中在太赫兹时域光谱技术和太赫兹成像技术两方面,其中太赫兹成像技术在实际应用中更加广泛.介绍了太赫兹辐射及其性质,简述了太赫兹成像技术及其发展过程.分析了太赫兹成像技术在安全检查、癌症检测和无损检测等领域的发展过程,结果表明使用太赫兹成像技术可以对违禁药物和危险隐藏物等进行安全检查,对人体癌变组织进行成像检测,以及对航空航天材料中的缺陷进行无损检测.随着太赫兹成像技术的不断发展,其在安检、医疗和无损检测等领域有着重要的应用前景和研究价值.     

Terahertz switch and polarization controller based on photonic crystal fiber

Theoretical studies on liquid crystal filled photonic crystal fiber(LC-PCF)are presented.The eects of electric birefringence of liquid crystal(LC)in the LC-PCF and the transmitting properties of photonic crystal fiber(PCF)are investigated by using the full vector plane wave expansion and beam propagation method.The simulation results show that the electrically controlled LC-PCF can act as not only a terahertz(THz)switch with about 0.55 THz bandwidth,but also a tunable polarization controller for changing the polarization state of the fundamental mode.     

基于石墨烯材料的太赫兹波段频率可重构八木天线

传统天线中使用电子开关或PIN二极管开关等方式实现天线可重构功能,但是在太赫兹波段上会面临切换速度慢,偏置电路复杂等问题。石墨烯具有优异的电磁性能,可运用于太赫兹可重构天线中。根据石墨烯表面电导率模型,研究其电导率随频率、化学势的变化关系,证明了石墨烯在可重构天线设计中的可行性。设计了一款太赫兹波段石墨烯频率可重构八木天线,通过改变石墨烯贴片偏置电压改变石墨烯化学势,从而改变天线的工作模式。在HFSS软件中进行仿真优化,天线具有300GHz和500GHz两种频率的工作模式,最大增益分别达到9.29dB和10.28dB,表现出良好的辐射特性。     

无线数据中心网络：进展、挑战和展望

随着动态数据流量的迅速增长,庞杂的有线数据中心网络架构给网络扩张、能耗管理和运营维护等方面均带来了巨大的挑战。高速无线技术具有高带宽、动态连接且灵活可控的特征优势,成为一种潜在的数据中心组网解决方案,可以缓解数据中心长期存在的流量拥塞热点问题,减少部署和维护光缆所花费的时间、精力和成本。首先介绍了当前数据中心网络架构的发展趋势,分析比较了毫米波、太赫兹和自由空间光作为无线数据中心网络候选高速无线技术的优缺点。然后深入讨论了当前典型的无线数据中心网络架构,阐述了无线数据中心网络设计和部署面临的挑战,并对其未来发展方向进行了展望。     

光纤耦合太赫兹时域光谱采样技术

主要对基于光电导天线的典型光纤耦合太赫兹时域光谱采样技术及典型光纤耦合太赫兹时域光谱系统进行了介绍.光电导天线是太赫兹时域脉冲信号产生和探测的关键部件,目前基于光电导天线的光纤耦合太赫兹时域光谱采样技术主要有3种,分别为等效时间采样法、异步采样法和腔长调谐光学采样法.对3种不同采样方法的技术原理进行了分析,并对基于不同采样原理的光纤耦合太赫兹时域光谱系统结构进行了介绍,给出了基于不同采样原理的光纤耦合太赫兹时域光谱系统典型产品说明和关键技术指标,说明了基于不同采样方法的系统特点.可为不同的应用需求提供技术参考,为自主搭建基于不同采样技术的光线耦合太赫兹时域光谱系统提供技术支持.     

新型光子晶体THz滤波器

提出了一种新型基于光子晶体的太赫兹滤波器,该滤波器在线缺陷中设计了由三个点缺陷构成的谐振腔,能够实现双波长的高效滤波功能。文中使用平面波展开法(PWM)分析了正方晶格光子晶体的带隙结构,并利用时域有限差分法(FDTD)研究了滤波器的一些性能指标。仿真结果表明,该新型滤波器能够把频率为3.413 THz和3.222 THz的太赫兹波滤出,并且具有滤波带宽窄、体积小等优点。     

A photoexcited switchable tristate terahertz metamaterial absorber

In this study, we propose a photoexcited tristate terahertz metamaterial absorber which can switch between single‐/single‐/dual‐band absorption modes in terahertz regime. The unit cell of the absorber incorporates two kinds of photosensitive semiconductor materials filled the gaps between four asymmetric right‐angle wires and a cross wire. By applying different wavelengths of pump light on the absorber, two kinds of semiconductor materials can be excited to realize single‐/single‐/dual‐band switchable absorption characteristics. The distributions of electric fields and surface currents at absorption peak frequencies under three absorption states are demonstrated to elucidate the switchable mechanism of the proposed absorber. Moreover, the absorption performance of the proposed tristate absorber is discussed under different polarization and incidence angles. The proposed structure is expected to be applied in the terahertz devices such as tunable absorbers, modulators, filters, and switches.     

Three-dimensional subwavelength components utilizing THz surface plasmons

Since surface plasmons(SPs)are not constrained by the diraction limit,they have important potential applications in the optical,terahertz(THz),and microwave components.In this paper,we firstly present a review of three-dimensional(3D) bidirectional and multi-directional THz SP splitters based on the rectangular metallic groove gratings with finite thickness,in which a metallic wire was used to excite the THz SPs.The experimental verifications of such splitters have been implemented in the microwave frequencies,and the measurement results have excellent agreements to the full-wave simulations.To improve the performance,a 3D bidirectional THz SP splitter with the transverse confinement and a 3D bidirectional bending THz SP splitter are then proposed,which have shown very good splitting performance,compact sizes,and better transverse confinement of EM fields.Finally,a broadband slow-wave system of subwavelength thickness is reviewed and a new bending slow-wave system utilizing THz SPs is proposed.Experiments and simulations in microwave frequencies have good agreements,showing the validity of these components.     

面向非对称特征注意力和特征融合的太赫兹图像检测

目的 太赫兹由于穿透性强、对人体无害等特性在安检领域中得到了广泛关注。太赫兹图像中目标尺寸较小、特征有限,且图像分辨率低,目标边缘信息模糊,目标信息容易和背景信息混淆,为太赫兹图像检测带来了一定困难。方法 本文在YOLO (you only look once)算法的基础上提出了一种融合非对称特征注意力和特征融合的目标检测网络AFA-YOLO (asymmetric feature attention-YOLO)。在特征提取网络CSPDarkNet53(cross stage paritial DarkNet53)中设计了非对称特征注意力模块。该模块在浅层网络中采用非对称卷积强化了网络的特征提取能力,帮助网络模型在目标特征有限的太赫兹图像中提取到更有效的目标信息;使用通道注意力和空间注意力机制使网络更加关注图像中目标的重要信息,抑制与目标无关的背景信息;AFA-YOLO通过增加网络中低层到高层的信息传输路径对高层特征进行特征融合,充分利用到低层高分辨率特征进行小目标的检测。结果 本文在太赫兹数据集上进行了相关实验,相比原YOLOv4算法,AFA-YOLO对phone的检测精度为81.15%,提升了4.12%,knife的检测精度为83.06%,提升了3.72%。模型平均精度均值(mean average precision,mAP)为82.36%,提升了3.92%,漏警率(missing alarm,MA)为12.78%,降低了2.65%,帧率为32.26帧/s,降低了4.06帧/s。同时,本文在太赫兹数据集上对比了不同的检测算法,综合检测速度、检测精度和漏警率,AFA-YOLO优于其他目标检测算法。结论 本文提出的AFA-YOLO算法在保证实时性检测的同时有效提升了太赫兹图像中目标的检测精度并降低了漏警率。     

Terahertz narrow bandstop, broad bandpass filter using double-layer S-shaped metamaterials

Abstract In this study, double-layer S-shaped metamaterials （MMs） are analyzed by terahertz time-domain spectroscopy. These materials exhibit narrow bandstop and broad bandpass transmission properties at both horizontal and vertical electric-field polarizations. A 117% increase in the unloaded quality factor is experimen- tally observed for these materials. The center frequency is approximately 0.45 THz, with a 3-dB bandwidth of 0.52 THz from 0.20 to 0.72 THz at normal incidence. The measured average insertion loss is 0.5 dB with a ripple of 1 dB. These results show that double-layer S-shaped MMs are effective in designing tunable terahertz devices.