太赫兹二极管的研究进展及应用

太赫兹器件是太赫兹技术的核心。介绍了肖特基势垒二极管、耿氏二极管、碰撞雪崩渡越时间(IMPATT)二极管以及隧道渡越时间(TUNNETT)二极管四种典型太赫兹二极管的基本理论、器件结构和关键技术,分析了影响器件性能的主要因素,给出了优化改进器件性能的措施。阐述并比较了各种太赫兹二极管的特点以及同一种结构不同材料的太赫兹二极管特性,通过对比得出各自的优缺点及适用范围。分类总结了四种不同类型太赫兹二极管的研究进展和它们相应的应用。基于器件结构和先进的半导体材料特性,指出了不同类型太赫兹二极管的未来发展方向,描述了不同类型太赫兹二极管的应用和前景。     

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。     

基于SrTiO_3的频率可调谐太赫兹超材料吸波器（英文）

基于温度敏感材料钛酸锶(SrTiO3)提出了两款频率可调谐太赫兹(THz)超材料(MM)吸波器。由于SrTiO3材料的复值介电常数与外界温度相关,因此基于SrTiO3材料的太赫兹超材料吸波器的谐振频率可随外界温度变化。一款是基于十字金属谐振结构和SrTiO3介质层实现的,在200～400 K的温度范围内,其谐振频率可在1.62～2.44 THz的宽频带范围内实现主动调谐。另一款超材料吸波器通过在十字环金属谐振结构内填充SrTiO3材料来实现,而中间介电层仍然采用常见的聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料。当外部温度从200 K变为400 K时,谐振频率从1.11 THz移至1.58 THz,频率偏移达到了470 GHz,实现了频率可调的太赫兹超材料吸波器。可调谐超材料吸波器的实现可进一步扩展超材料吸波器的应用领域,从而更好地适应如太赫兹成像、太赫兹检测、传感和隐身等各种应用。     

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。     

基于太赫兹ISAR图像序列的空间目标抛物面天线载荷指向估计

为了监视空间目标的工作状态,开展了基于多视角太赫兹逆合成孔径雷达(ISAR)图像序列的抛物面天线载荷指向估计研究.提出了一种空基太赫兹雷达成像体制,可以实现高轨卫星目标和小卫星目标的监视.由于圆形的抛物面天线边缘沿着任意观测平面的投影均为椭圆,提出了一种改进的随机霍夫变换方法,可以实现太赫兹ISAR图像中椭圆成分的自动...     

Fabrication of NbN/AlN/NbN junctions with Al embedding circuits on Si membrane for 1.5 THz SIS mixers

A process has been developed to fabricate NbN tunnel junctions and 1.5 THz SIS mixers with Al electrodes and Al/SiO₂/Al microstrip tuning circuits on thin Si membranes patterned on silicon on insulator wafers (SIMOX). High Josephson current density (J_c up to 2×10⁴ A/cm²) NbN/AlN/NbN and NbN/MgO/NbN SIS junctions have been fabricated with a reasonably good V_m quality factor and energy gap values close to 5 meV at 4.2 K on (100) oriented 3 inches SIMOX wafers covered by a thin (∼8 nm) MgO buffer layer. The sputtering conditions critically influence the dielectric quality of both AlN and MgO tunnel barriers as well as the surface losses of NbN electrodes. 0.6-μm Si/SiO₂ membranes are obtained after processing of a whole wafer and etching the individual chips in EDP. Such a technology is applied to the development of a waveguide/membrane SIS mixer for use around 1.5 THz.     

A GaAs FET-IC mixer achieving high receiver sensitivity for coherent optical heterodyne detection at 2.5 Gb/s

A FET-IC mixer that uses a Gilbert-cell multiplier with a single-to-balance conversion input buffer is proposed. The key point in the FET-IC mixer design is that a single-to-balance conversion input buffer is used to improve the amplitude and phase balance of signals output from the input buffer stage. Excellent squaring characteristics were achieved in the range from 0 to -25 dBm. The FET-IC mixer was successfully tested in a 2.5 Gb/s CPFSK demodulator for optical heterodyne reception. Compared to the best diode passive double-balanced diode mixers, receiver sensitivity was improved by 1 dB at +10 dBm electrical input power. Very small degradation in receiver sensitivity, less than 3 dB, was achieved at electrical input power levels ranging from +10 to -10 dBm.<>     

The effect of mixer mount loss on the performance of SIS receivers

Tucker's quantum theory of mixing (in the 3-port approximation) is employed with Eisenhart and Khan's equivalent circuit for a junction mounted in waveguide to predict the gain of an SIS mixer as a function of guide impedance, series inductance, junction capacitance, IF load impedance and backshort loos. The improvements which will result from optimisation of these parameters are quantified. It is shown that for optimum performance a backshort VSWR>100 is required, which is hard to realise at high frequencies     

高灵敏度II类超晶格长波红外探测系统研究

以Ⅱ类超晶格320×256长波红外探测器为核心部件,开发了一套高灵敏度长波红外探测系统.介绍了Ⅱ类超晶格红外探测器的技术指标及系统的主要结构和工作方式.为充分发挥该红外探测器的灵敏度,设计了高灵敏度信息获取系统,并介绍了该信息获取系统的软硬件设计.该信息获取系统采用了自适应信号调理技术,以降低信息获取噪声,提升探测系统的灵敏度和动态范围.最后对整套长波红外探测系统开展了信息获取噪声测试、系统性能测试及外场成像实验.实验结果表明:长波红外探测系统的信息获取噪声低至0. 065 m V,系统的噪声等效温差(NETD)达到19. 6 m K,黑体探测率为7. 72×10~(10),外场成像质量良好,图像细节清晰,对比度高.该长波红外探测系统有利于推动Ⅱ类超晶格红外探测器在高灵敏度长波红外遥感探测中的应用.     

基于核酸适配子的高灵敏的ATP检测研究

目的：根据ATP核酸适配子与ATP结合的能力强于其互补核酸的原理，构建基于核酸适配子的高灵敏的ATP检测方法。方法：以ATP核酸适配子作为识别分子，对检测的捕获探针固定浓度、杂交时间、ATP反应时间、银染增强时间等进行优化，在优化的反应条件下，对其敏感性、特异性进行评价。结果：在优化的反应条件下，通过对不同浓度的ATP样本进行检测，发现ATP浓度在10-14M至10-9M 范围内时， ATP浓度的对数与灰度值的相对强度呈线性关系，相关系数为0．996。并且，在优化的反应条件下，该方法对ATP的检测具有较高的特异性。结论：所构建的基于核酸适配子的ATP检测方法具有灵敏度高、特异性高的优点，可为其他生物分子的检测提供新的思路。     

跨平台的可信执行环境模块方案研究

针对现有TPM、MTM等可信计算模块不能跨平台使用,未考虑算法、协议、功能更新等问题,提出一种基于硬件的可信执行环境模块（TEEM, trusted execution environment module）架构,该架构利用ARM TrustZone技术构建一个运行在硬件安全隔离环境中的可信计算模块。该模块能够为多种平台提供可信计算功能,具备较强的移动性和便携性,并且允许用户根据需要灵活地配置、升级模块的功能和算法。设计并实现了基于TEEM架构的原型系统,原型系统的安全性分析和性能测试结果表明,TEEM能够为用户提供一个安全、稳定、高效的可信执行环境。     

对大功率IGBT模块损耗的研究

大功率IGBT模块损耗的确定是三相PWM变流器设计的一个关键参数。文中对两种类型转换器的功率半导体损耗进行了完整的分析计算。所提出的计算基础是将大功率IGBT的损耗简化为传导损耗和转换损耗。这种近似计算方法有助于预测和进一步研究两种变流器的功率IGBT的损耗性能。仿真计算结果指出了大功率IGBT损耗与变流器类型、工作点和脉冲宽度调制度的相关性,证明了所提出的计算方法的有效性。     

Hot-electron superconducting nanobolometer-sensors for ultrasensitive array radiometers of the terahertz frequency range

A comparative review of research works and development of ultrasensitive superconducting sensor nanobolometers for the imaging array radiometers of the terahertz frequency range is presented. Various absorbers and several methods for the radiation input are considered, and the necessary conditions for the production technology are analyzed. The optimal structures of the nanobolometers are determined for various applications.     

基于太赫兹光谱的乙二醇含水率检测方法研究北大核心CSCD

乙二醇水分含量检测标准方法为卡尔·费休法,该方法操作繁琐、耗时长,且存在人为误差等缺点,提出基于太赫兹时域光谱技术检测乙二醇中含水率的新方法,采用透射式太赫兹时域光谱系统对不同含水率(0~50)的乙二醇溶液进行测定,获得其时域光谱,计算得到不同含水率乙二醇样本的吸收系数和折射率;采用标准正态变换、Savitzky Golay平滑等方法组合对光谱数据进行预处理,基于处理后折射率和吸收系数建立PCR、PLSR、SVR三种预测模型,通过对比模型的相关系数和均方根误差,选出最优的定量分析模型。结果表明:在基于吸收系数建立的预测模型中,经SNV处理后乙二醇吸收系数的SVR模型预测性能最佳,其预测集R^(2)与RMSEP分别为09941和000451;在基于折射率建立的预测模型中,经S G平滑预处理后乙二醇折射率的SVR模型预测性能最佳,预测集R^(2)与RMSEP分别为09988和000507;均具有较高的预测精度。研究表明,文章实现了乙二醇含水率快速、无损和高精度检测,所提方法能为乙二醇质量快速评价提供技术指导,也为有机溶剂水分含量检测提供一种新思路。     

用于深空探测快速反射镜的电磁驱动

为了实现深空探测系统对成像光束的高速和高精度控制,以?50 mm×4 mm的单晶硅反射镜作为负载,采用理论和仿真分析相结合的方法,对音圈电机驱动的快速反射镜进行了理论分析和实验验证。给出了该快速反射镜的一般构成、工作原理及数学模型,采用有限元法分析计算了音圈电机线圈、永磁体和气隙尺寸对驱动力矩的影响,最后设计、制作了快速反射镜样机,并进行了测试。结果表明,快速反射镜的转角范围大于±1°,带宽(3 dB)大于500 Hz。该研究结果有助于推广光学快速反射镜在深空探测、激光通信、光电对抗等领域的应用。