光电导天线辐射阻抗特性模拟分析(英文)

针对连续太赫兹光电导天线辐射功率较低的缺点,利用有限积分方法对三种常用的光电导天线,包括偶极天线、蝶形天线和螺旋天线,进行数值模拟并分析比较其辐射阻抗特性.仿真结果表明,偶极天线的辐射阻抗与偶极长度、宽度、电极间隙以及传输线宽度有关,且在其谐振频率存在峰值阻抗,适用于特定频率的太赫兹波辐射.蝶形天线和螺旋天线在所研究的太赫兹波段具有近似稳定的辐射阻抗,广泛应用于宽带领域.对带有交叉电极的电极间隙进行计算,结果表明由交叉电极引入的附加电容降低了天线的高频阻抗.     

GaAs光电导天线辐射太赫兹波功率的计算

在Larmor公式的基础上建立了适合计算光电导天线辐射太赫兹波功率的数学模型,利用此数学模型通过蒙特卡罗方法分别计算了不同实验条件下GaAs光电导天线辐射太赫兹电磁波功率.计算结果表明,增加光电导天线的偏置电场或触发光能量,都能够提高天线辐射太赫兹波功率,大孔径光电导天线能够承载更多的光生载流子,因而可以产生比小孔径光电导天线功率更高的太赫兹波. 关键词： 光电导天线 Larmor公式 太赫兹波功率     

光电导天线产生太赫兹波的研究

研究了光电导天线产生太赫兹波的辐射特性,采用时域有限差分方法(FDTD)来模拟计算光电导偶极天线的辐射特性,并在计算机上以伪彩色图进行了图形显示。采用电偶极子天线模型,以0.1THz电磁波为例计算了天线辐射的特性参数,得到天线的辐射电阻为790Ω,方向性系数为1.5。结果表明,光电导天线可以采用偶极天线的理论进行计算,可以通过提高电长度来增大辐射电阻,从而提高太赫兹的辐射功率。     

基于共线型双等离子体的双色场辐射太赫兹波频谱调制

提出了一种通过共线型双等离子体的简单方法实现双色场作用下辐射太赫兹波的频谱调制。利用修正的光电流模型,模拟了共线型双等离子体在双色场条件下辐射太赫兹波的频谱分布。通过调节体系的参数,研究了两等离子体间距及激光光强对太赫兹波频谱调制的影响。结果表明,太赫兹频谱分布与两等离子体间距及双色激光强度有关。等离子体间距影响太赫兹波频谱的峰值个数和频移;激光光强虽会影响单个等离子体辐射太赫兹波的峰值频率,但是对于调制的频谱而言只会改变峰值的幅值。     

半绝缘GaAs光电导开关产生太赫兹波电场屏蔽效应的二维Monte Carlo模拟

利用Ensemble-Monte Carlo模拟方法，对不同实验条件下半绝缘GaAs(SI-GaAs)光电导开关作为偶极辐射天线在辐射太赫兹电磁波(太赫兹波)中体内电场的分布以及空间电荷屏蔽效应对太赫兹波辐射的影响进行了模拟.载流子的时域空间电场分布表明:用高能量激光脉冲触发低压偏置的GaAs开关，空间电荷屏蔽是限制太赫兹波辐射功率的一个重要因素，并且空间电荷屏蔽能够引起太赫兹波呈现双极性.当高能量飞秒激光脉冲以全电极间隙触发大孔径光电导天线时，空间电荷电场屏蔽效应对太赫兹波的影响不大. 关键词： 光电导开关 Ensemble-Monte Carlo模拟 辐射场屏蔽 空间电荷屏蔽     

太赫兹波段微腔器件的设计及其特性研究

采用磁控溅射法制备了金属Cr膜, 并利用太赫兹时域光谱法获得了其光学参数. 利用Cr膜的光学参数计算了其相位穿透深度, 设计了基于低温GaAs 的全金属平面微腔光电导太赫兹辐射器件. 模拟结果表明: 器件的谐振频率分别为0.32, 0.65, 0.98, 1.31和1.65 THz, 与自由空间的光电导太赫兹谱相比, 在谐振频率为0.32 THz处的峰值强度提高了25倍, 光谱半高全宽压缩了50倍. 讨论了辐射偶极子与腔内驻波场之间的耦合强度对器件辐射强度的影响, 发现当辐射中心位于驻波场波腹处时, 器件辐射最强, 位于波节处时辐射被严重抑制. 太赫兹波段微腔效应的研究对于实现单色性好, 连续调谐, 高效高辐射强度的太赫兹源具有一定的理论意义.     

基于频率梳的太赫兹频率精密测量方法研究

利用光纤飞秒激光器与光纤耦合型太赫兹光电导天线,构建了一套全光纤太赫兹频率梳系统。基于锁相技术实现了对频率梳重复频率信号的高稳定度锁定,在取样时间为100 s时锁定精度达到3.3×10-13,并获得了信噪比优于50 d B的太赫兹拍频信号。基于频率梳测试方法实现了太赫兹频率的高精度测量,测量不确定度为5×10~(-11)。     

太赫兹波段石墨烯频率可调贴片天线

以聚酰亚胺为衬底,设计了一种基于石墨烯的工作在太赫兹波段的频率可重构贴片天线,该天线不需要加载电子开关,通过调节偏置电场,可动态地调控天线的谐振频率点并保持辐射性能不变。研究了石墨烯的主要特性,利用天线的等效电路模型,计算了石墨烯贴片天线的输入阻抗,理论解释了频率可调谐的原因。所设计的石墨烯天线在太赫兹波段有5个谐振频率点,覆盖了678.25~721.75GHz的频段,辐射增益峰值可达6.92dB,辐射效率最高可达86.48%。     

基于超材料的可调谐的太赫兹波宽频吸收器

随着频谱资源的日益稀缺,太赫兹波技术在近十几年的时间里得到了越来越多的关注,并取得了巨大的进展.由于高吸收、超薄厚度、频率选择性和设计灵活性等优势,超材料吸收器在太赫兹波段备受关注.本文设计了一种"T"型结构的超材料太赫兹吸收器,同时获得了太赫兹多频吸收器和太赫兹波宽频可调谐吸收器.它们结构参数一致,唯一的区别是在太赫兹波宽频可调谐吸收器的顶端超材料层上添加了一块方形光敏硅.这种吸收器都是三层结构,均由金属基板、匹配电介质层以及顶端超材料层组成.仿真结果表明,太赫兹波多频吸收器拥有6个吸收率超过90%的吸收峰,其平均吸收率高达96.34%.而太赫兹波宽频可调谐吸收器通过改变硅电导率,可以控制吸收频带的存在与否,同时可以调整吸收峰的频率位置,使吸收峰频率在一个频带宽度大约为30 GHz的范围内调整.当硅的电导率为1600 S/m时,吸收率超过90%的频带宽度达到240 GHz,而且其峰值吸收率达到99.998%.     

雪崩倍增GaAs光电导太赫兹辐射源研究进展

在飞秒激光激励下用GaAs光电导开关作为太赫兹(THz)辐射天线, 已经广泛用于太赫兹时域光谱系统, 但目前国际上都是使用GaAs光电导开关的线性工作模式, 而GaAs光电导开关的雪崩倍增工作模式所输出的超快电脉冲功率容量远大于其线性工作模式, 迄今为止, 还没有人提出用雪崩倍增机理的GaAs 光电导开关作为辐射源产生THz电磁辐射. 本文探讨了用 雪崩倍增工作模式的GaAs光电导开关作为光电导天线产生THz电磁波的可能性及研究进展. 通过理论分析及实验研究, 在实验上实现了: 1) 利用nJ量级飞秒激光触发GaAs光电导天线, 可以进入雪崩倍增工作模式; 2) 利用光激发电荷畴的猝灭模式, 可以使GaAs光电导天线载流子雪崩倍增模式的延续时间(lock-on 时间)变短. 这为利用具有雪崩倍增机理的GaAs光电导天线产生强THz辐射奠定了基础.     

Analytical framework of small-gap photoconductive dipole antenna using equivalent circuit model

A compact planar antenna sources with on-chip fabrication and high directivity in order to achieve large depth-of-field for better image resolution is the prospective demand for THz imaging application. Therefore, the small-gap photoconductive dipole antennas have been explored to fulfil such applications demand. However, there are certain modalities for improving the photoconductive dipole antenna performance which need to identify to accomplish high THz average radiated power and improved total efficiency. The unit-cell small-gap photoconductive dipole antenna radiation power enhancement methods need to optimize the design parameters with photoconductive material selection from theoretical simulation. Further, the potential improvement of coupling efficiency of THz wave with air as well as femto-second laser incident efficiency is also important parameters to enhance the radiation power of small-gap photoconductive dipole antenna. In this paper, we have presented an analytical procedure employing explicit mathematical expression leading to the physical behaviour of small-gap photoconductive dipole antenna. The effects of biased lines on the antenna performance parameters are discussed with the help of proposed equivalent circuit model. We have explored the effect of gap-size on the THz radiated power and on total radiation efficiency from the proposed photoconductive dipole antennas.     

Terahertz-radiation-enhanced broadband terahertz generation from large aperture photoconductive antenna

A technique of enhancing and broadening terahertz (THz) wave radiation from large aperture photoconductive (PC) antenna is presented in this paper. In this technique, the PC antenna is excited by both the optical and previously generated THz pulses by a laser-induced air plasma created in front of PC antenna and an enhanced and broadened THz wave signal is obtained. The theoretical and experimental investigation shows that the superposition is the main mechanism for this enhancement. The technique shown in this paper can be very useful for THz imaging and spectroscopy.     

周期极化非线性晶体中太赫兹波辐射研究

 从理论上详细研究了飞秒激光在周期极化非线性晶体中由光整流效应产生的太赫兹（THz）波辐射。利用天线辐射原理和光栅衍射理论，着重研究THz波辐射的频域场和时域场的分布。讨论和分析了THz波辐射的中心频率、频谱宽度和电场随辐射角的变化。研究表明，THz波的带宽反比于晶体的长度或光栅数，电场随辐射角呈准谐波变化。     

Terahertz radiation from armchair carbon nanotube dipole antenna

This paper investigates the electromagnetic radiation characteristics of a metallic, large aspect ratio single walled carbon nanotube antenna in the terahertz frequency region below 12.5 THz. The key features of terahertz pulse have been revealed on the carbon nanotube antenna in comparison with conventional photoconductive switching. The terahertz waveforms, radiation power and their field distributions have been evaluated and are analysed. The Fourier transformed spectra over the whole frequency range demonstrate that the carbon nanotube antenna can be used as radiation source for broadband terahertz applications.     

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采用三支节液态调配器使离子回旋加热(ICRH)天线系统达到阻抗匹配,在阻抗匹配的条件下结合频率调制技术来减小由天线输入阻抗变化所引起的反射功率。数值模拟了频率调制前后天线负载与反射系数的变化关系,用来验证频率调制对ICRH天线中阻抗匹配装置的影响。模拟结果表明:三支节液态调配器结合频率调制方法,能更好地降低天线传输系统的反射系数,使得发射机的功率通过天线辐射更加有效地耦合到等离子体中去。     

频率调制对ICRH 天线阻抗匹配的影响研究

采用三支节液态调配器使离子回旋加热(ICRH)天线系统达到阻抗匹配,在阻抗匹配的条件下结合频率调制技术来减小由天线输入阻抗变化所引起的反射功率。数值模拟了频率调制前后天线负载与反射系数的变化关系,用来验证频率调制对ICRH 天线中阻抗匹配装置的影响。模拟结果表明：三支节液态调配器结合频率调制方法,能更好地降低天线传输系统的反射系数,使得发射机的功率通过天线辐射更加有效地耦合到等离子体中去。     

NOVEL TERAHERTZ PHOTOCONDUCTIVE ANTENNAS

The photoconductive (PC) antenna is a key device for the recent terahertz (THz) photonics based on laser-pumped generation and detection of THz radiation. In this paper we report on two new types of PC antennas: the Schottky PC antenna and the multi-contacts PC antenna. The former one is able to detect THz radiation intensity without the time-delay scan and useful for applications where spectroscopic information is not important, such as the THz intensity imaging. The latter one is useful for the polarization sensitive THz spectroscopy, such as the THz ellipsometry. The characteristic features of these new types of PC antennas are studied by using a THz time-domain spectroscopy system.     

金属导线偶合THz表面等离子体波

利用THz时域光谱技术,研究了具有不同排列参数的金属导线阵列的透射特性,分析了金属导线半径,排列间隔以及入射电场的偏振方向对表面等离子体波产生和传播的影响.在具有等间隔缝隙的金属导线中,当电场偏振方向垂直金属导线时,透射信号受等离子模式和谐振腔模式的共振效应的影响;而当电场偏振平行金属导线时,只存在谐振腔模式的共振. 关键词： THz 时域光谱 铜导线 表面等离子体