基于 TDFIT 的太赫兹波段透射特性仿真分析

本文基于时域有限积分技术（TDFIT）分析了不同湿度树叶在太赫兹波段透射特性。树叶的材质特性采用描述 连续水粒子分布的双色散模型,计入树叶含水量（湿度）对电磁参数的影响。树叶几何模型采用NURBS 曲面建模,并 对树叶表面进行粗糙化处理。为了精确描述树叶微小起伏及其连续材质分布,引入了共形时域有限积分技术,有效保证 了计算精度和计算效率。对干树叶和湿树叶在THz 照射下的透射特性进行仿真对比,随着水分的增大,太赫兹波的穿透 能力下降。仿真结果并与实验结果进行比对,证实了电磁建模方法和计算算法的有效性。     

基于TDFIT的太赫兹波段透射特性仿真分析

本文基于时域有限积分技术(TDFIT)分析了不同湿度树叶在太赫兹波段透射特性。树叶的材质特性采用描述连续水粒子分布的双色散模型,计入树叶含水量(湿度)对电磁参数的影响。树叶几何模型采用NURBS曲面建模,并对树叶表面进行粗糙化处理。为了精确描述树叶微小起伏及其连续材质分布,引入了共形时域有限积分技术,有效保证了计算精度和计算效率。对干树叶和湿树叶在THz照射下的透射特性进行仿真对比,随着水分的增大,太赫兹波的穿透能力下降。仿真结果并与实验结果进行比对,证实了电磁建模方法和计算算法的有效性。     

多孔硅薄膜对p 型单晶硅太赫兹波段透射特性的影响

利用化学腐蚀方法,在低阻值p型单晶硅片上制备了火山口形、准纳米孔柱形和多孔形三种形貌的多孔硅薄膜。以空气为参考基准,0.2～10 THz时域光谱显示,火山口形样品在0.2～6 THz的透射强度下降了约1/2,另外两种样品强度下降了约1/5。火山口形、准纳米孔柱形样品呈现低通滤波特性,多孔形样品呈现级联带通特性。准纳米孔柱形样品截止频率比火山口形样品和多孔形样品提高了3 THz左右。样品的频谱出现多处吸收峰,峰的位置与薄膜的几何结构尺寸有关。实验结果表明:多孔薄膜的形状和几何结构尺寸改变了p型单晶硅的太赫兹波段透射强度、吸收频率和截止,该材料可以成为从太赫兹波段至可见光波段的宽频段探测材料和调制材料。     

砷化镓类半导体材料在太赫兹波段的透射特性研究

首先给 出了利用光电导天线产生的太赫兹波的时域和频域光谱,进而,基于搭建的太赫 兹时域光谱系统, 并采用透射光谱法分别测量了砷化镓类型的三种半导体材料在太赫兹波段的透过率。结果表 明,基于光电导 天线产生的太赫兹波在0~2THz范围内,光谱比较稳定,频率带宽比 较宽;砷化镓半导体材料在0~2.0THz 范围内的透过率的变化相对较小,具有较高的透过率(>60%),并且 明显优于碲化锌以及碲化镉半导体 材料在太赫兹波段的透过率。因此,相比于碲化锌以及碲化镉半导体材料而言,砷化镓半导 体材料更适用于设计宽频带的太赫兹功能器件。     

基于太赫兹透射谱的土壤含水量测量

液体水是一种极性液体,对太赫兹波有很强的吸收。土壤含水量的细微变化,会影响透射太赫兹波的特性。建立了一种基于时域太赫兹透射谱的土壤含水量测量方法。提出了土壤太赫兹参数的概念,给出了土壤含水量的计算公式。利用太赫兹时域频谱系统,对土壤样品进行了大量的测量,初步给出了土壤太赫兹参数的数值。通过对比该方法与称重法得到的含水量,表明其准确可行。     

石墨烯光栅太赫兹透射特性的研究

建立了石墨烯光栅模型,基于快速收敛傅里叶模型方法计算了太赫兹频段的石墨烯光栅透射率,讨论了费米能级、光栅周期、光栅占空比和弛豫时间对透射率的影响。研究结果表明,在正入射条件下,透射率随频率的增大先减小后增加,且费米能级、占空比和弛豫时间越高,透射率的最小值越小。在入射光频率为2 THz的条件下,透射率随入射角的增大先增加后减小,且透射率在入射角约为60° 时取得最大值。以上研究为石墨烯光栅的理论研究及其实际应用提供了有力指导。     

太赫兹时域光谱技术

太赫兹时域光谱技术是最新的太赫兹技术,它基于宽波段太赫兹脉冲,可同时获得太赫兹波形的幅度和相位信息,在材料的远红外物性研究中有重要应用。本文涉及太赫兹时域光谱技术的基本特征、发射、探测技术和主要应用。     

光子晶体光纤及其在太赫兹波段的应用

太赫兹(Terahertz, THz)技术作为一项非常重要的交叉前沿学科,给环境检测、生物医学、空间通信等领域带来了深远的影响,但因为THz波导传输性能的影响,THz技术综合发展仍然受到一定限制。光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber, PCF)作为一种新型THz波导,拥有无限单模特性、色散灵活可调、可控的非线性、高双折射等特性,极大的促进了THz技术的发展。首先根据PCF的结构特点总结了实芯PCF(Solid Core PCF, SC-PCF)和空芯PCF(Hollow Core PCF, HC-PCF)各自的发展历程、导光机理和光学特性;其次,梳理了用于THz波导的PCF存在的问题以及对应的解决方法;然后,着重介绍了PCF在THz时域光谱、THz传输与通信以及THz光纤耦合传感中的应用;最后,对PCF在THz技术的应用做了总结与展望。     

太赫兹波段二维渐变型光子晶体的透射谱研究

通过改变介质柱之间的距离、介质柱半径以及介质柱的介电常数构造了3种二维渐变的光子晶体,应用时城有限差分(FDTD)法计算了透射谱,并分别对不同形式渐变组合的光子晶体结构进行了比较分析.仿真结果表明,不同形式的渐变组合对光子晶体禁带有着不同的影响,可以获得比一堆渐变型光子晶体更大的禁带宽度.     

太赫兹波段信号在雾中的传输特性研究

太赫兹（THz）波提供的通信带宽和容量远大于毫米波。与可见光和红外光相比,THz脉冲的波长较长,在随机介质中传播时,不但会发生时域和空域的形变,介质中的粒子还会对入射波发生散射,这些都会使得脉冲信号发生衰减。根据Mie理论与随机离散分布粒子的波传播与散射理论,计算了THz波信号入射下雾滴粒子的消光系数,分析了不同THz波波长下,雾滴粒子消光系数随粒子尺寸的变化。结合雾滴粒子谱分布,考虑粒子群的平均体系散射特性,得到了不同波长下的平均反照率与相函数。最后分析了THz波段信号在不同能见度雾中的传输特性。结果表明:大气环境中,雾对THz波产生的吸收和衰减不容忽视,不同THz信号的水的折射率虚部的变化严重影响了THz信号在雾中的传输。     

渐变型太赫兹空芯波导的传输特性

研究了渐变型空芯波导(GTHW)在太赫兹波段的传输特性。基于几何光学方法,仿真分析了波导的输出光束质量和传输损耗特性。相比均匀型空芯波导,当光从渐变型空芯波导的大端传输至小端或沿相反方向传输时,渐变型波导具有特殊性能。当光从波导大端传输至小端,渐变型和均匀型波导具有相似的弯曲附加损耗,并且渐变型波导具有更高的耦合效率,便于与多种光源耦合;当光从波导小端传输至大端,渐变型波导的传输损耗和输出光束发散角更小。仿真了波导弯曲率、光源发散角和波导锥度等参数对传输损耗的影响。采用波长532 nm的半导体激光器作为光源,进行了验证实验。测量数据与仿真结果有很好的一致性。     

基于开口谐振环的多频太赫兹透射特性研究

通过在双层金属开圆孔阵列并嵌入对称开口谐振环结构,设计了一种新型金属-介质-金属透射增强结构.用电磁仿真软件对该结构的透射特性进行模拟,研究了单元结构的几何参数对透射峰的影响.结果表明:增加开口谐振环可以有效增加透射峰数量,实现了0.2～1.1 THz内的多频超强透射.根据透射峰处金属表面的场分布,透射峰与磁谐振、局域型表面等离子体、传播型表面等离子体、法布里-珀罗谐振及他们之间的杂化耦合有关.结果对深入研究超强透射特性及透射机理具有一定的指导意义,也为太赫兹微波器件设计和性能分析提供了重要参考.     

Transmission characteristics of optical asymmetric Y junction witha gap region

A novel type of asymmetric Y junction structure is proposed. This Y junction has a gap region so that the required power splitting ratio can be obtained simply even when the branching angle is kept fixed. The transmission characteristics of the proposed Y junction are simulated by means of a beam propagation method (BPM). It is shown that this Y junction has a marked advantage of flexibility in practical use over the conventional asymmetric Y junction. It is estimated that, when the configuration is applied to the 3-dB power divider, a drastic reduction in radiation losses compared with usual symmetric Y junction results     

太赫兹频段金属粗糙表面散射特性

根据基尔霍夫近似理论分析了金属粗糙表面在太赫兹频段的散射规律及影响因素,通过加工不同粗糙度的金属铝板样品,基于远红外激光器搭建的单频点散射特性测量系统及远红外傅里叶光谱仪（FTIR）的宽带反射率测量系统,对粗糙铝板的散射规律进行了实验测量与验证,发现实验测量结果与基尔霍夫近似计算结果具有良好的一致性,证明了峰值散射系数与粗糙度和频率的负相关性,以及与入射角度的正相关性。分析了近似光滑和较大粗糙度两种极限情况下的散射特性,给出了基尔霍夫近似理论在太赫兹频段的适用条件。相关结论为复杂目标散射特性的理论计算奠定了基础,对太赫兹频段雷达相关理论和技术的发展具有重要意义。     

应用于THz波的非对称双开口环传输特性研究

设计并制备了一种适用于太赫兹波段的非对称双开口环结构,数值仿真和实验测量了其传输性质.结果表明,垂直极化时样品在低频的0.540 THz和0.925 THz处存在谐振点,来源于左右两开口环的LC谐振,电流和电场分布主要集中在两开口环的开口处;而在高频处(1.885THz)谐振点的表面电流具有相反的两个环流方向,电流和电场分布于整个样品表面,此处的谐振来源于两开口环耦合后的偶极子谐振.当太赫兹波平行极化该样品时,原来两个低频的LC谐振消失.实验测量结果与数值仿真具有很好的一致性.此结构超材料的传输特性研究对太赫兹波调制器、滤波器、吸收器及偏振器等器件设计和制备具有一定的指导意义.     

太赫兹雷达的人体微多普勒特征

太赫兹雷达观测的行人微多普勒特征可用于行人检测和识别,在无人车和智能驾驶领域有广泛的应用前景。通过搭建292 GHz太赫兹信号发射和接收环境,利用292 GHz太赫兹雷达观测行人的四肢和躯干摆动引起的微多普勒。本文实验中,首先利用矢量信号发生器生成基带信号,然后采用上变频器将基带信号上变频至292 GHz,不同部位的回波信号通过下变频器下变频至基带信号。对回波信号采用短时傅里叶变换处理,提取微多普勒频谱。实验中292 GHz提取的人体微多普勒特征实测结果与仿真结果一致。同时,实验还对比了292 GHz和24 GHz雷达的微多普勒结果。     

太赫兹目标特征研究进展

伴随着太赫兹雷达技术的快速发展,有关太赫兹目标特性的研究得到国内外学者的重视,并成为近几年的一个重要研究领域.本文综述并分析了太赫兹目标特性的国内外最新研究进展,包括光滑和粗糙表面简单散射体的太赫兹特征、复杂形状目标缩比模型的太赫兹ISAR成像、缩比模型的太赫兹RCS测量的研究进展,为太赫兹雷达系统设计、目标识别以及隐...     

基于超材料的连续太赫兹波透射特性研究

以基于超材料的太赫兹波透射为目的,设计并制作了四种亚波长开环共振（SRR）超材料。采用连续太赫兹波作为入射激光源,实验测量了它们在1.04 ~4.25 THz波段的功率透射属性,并采用CST Studio进行仿真,结果显示这些超材料存在一个位于2.52 THz的全局透射峰和多个局部透射峰。全局透射峰与SRR阵列的微结构和图形配置等参数有关。为了寻找一个具有较高透射效率的太赫兹感应阵列,比较了四种不同超材料微结构的归一化功率透射性能和感应差别。从这些差别中找到特定图案配置的超材料器件用于太赫兹波感应具有借鉴意义。     

单壁纳米管薄膜在THz波段的电导性质

利用有效介质模型 ,理论上计算了单壁纳米管薄膜的太赫兹 (THz)波段的光导。理论的计算解释了最近的实验结果并发现了纳米管薄膜的电导随入射光频率增加而减小。同时也计算了不同填充因子下单壁纳米管薄膜材料在太赫兹波段的电导函数曲线。