基于Kramers-Kronig关系建立金属太赫兹色散模型

提出了一种基于测量反射率谱、使用Kramers-Kronig(KK)关系建立金属太赫兹色散模型的方法.结合合金铝和合金铜4—40 THz的测量反射率谱,通过反射系数振幅和相位的KK关系,采用高频端指数外推,低频端常数外推的方法,反演金属复折射率.以KK反演的复折射率作为实验值,以拟合复折射率和实验值误差最小为准则,使用遗传优化算法,拟合了合金铝和合金铜的Drude色散参数(等离子频率和碰撞频率).基于优化的Drude模型计算了0.1—40 THz材料的复折射率,与椭偏仪的实测结果符合,验证了模型的准确性.该方法理论与实验相互验证,以测量的复折射率作为实验定标,将远红外频段的色散信息拓展到太赫兹频域,确定了太赫兹频段金属的微观物理参数,提供了太赫兹频段色散和散射机理的研究依据.     

不同表面结构特征圆柱导体的太赫兹散射特性

太赫兹频段下导体表面的细微结构、粗糙度等细节将对目标电磁散射行为产生影响。为衡量这一影响程度,以圆柱导体为例研究了太赫兹频段下目标表面不同结构特征的电磁散射现象及其在图像域的表现规律。利用高频电磁计算方法获得了表面分别为理想光滑、带刻痕和周期粗糙的三种圆柱多姿态角、多频点单站散射场;基于转台成像算法重建了小转角下目标的二维图像。从仿真结果可以看出:m量级的细节特征在太赫兹雷达图像上有着显著的表现,表明太赫兹雷达能够获取更加丰富和精细的目标信息,从而为目标探测识别提供新的特征和技术手段。     

基于FDTD方法的THz电磁波反等离子体隐身特性分析

本文首先建立了非磁化等离子体覆盖金属目标的一维模型,然后结合该模型采用辅助差分方程时域有限差分(ADE-FDTD)方法对太赫兹(THz)电磁波在等离子体覆盖层中传播时的衰减系数进行了计算,并根据计算结果分析了等离子体碰撞频率、电子密度以及密度分布对不同频段THz电磁波吸收效果的影响.分析结果表明,等离子体覆盖层对处于太赫兹频段范围内的入射电磁波衰减很小,THz探测技术可以作为对抗等离子体隐身技术的一种有效手段.     

太赫兹频率编码器

超表面是由亚波长单元组成控制电磁波的人工结构,研究发现通过对其进行编码排列可实现对电磁波能量的任意控制.本文利用四种形状相同、尺寸不同的人字形结构单元,结合其不同相位响应和不同的相位灵敏度设计了太赫兹频率编码器,通过进行特定编码,在频率改变的情况下,实现了对电磁波能量辐射调控.分别设计了1-bit, 2-bit周期和非周期太赫兹频率编码器,通过数值计算和仿真模拟验证了上述特性,而且该结构对太赫兹波辐射主瓣能量有很好的分散作用,可以有效减少雷达散射截面,雷达散射截面缩减在q=0,j=0方向上最大可达29 dB,在太赫兹波隐身中具有巨大应用价值.     

基于Rydberg原子天线的太赫兹测量

Rydberg原子在微波和太赫兹频段具有极大的电偶极矩,利用量子干涉效应可实现对该频段电磁波场强的高灵敏探测,理论上灵敏度可达到远高于现有探测技术的水平.基于Rydberg原子量子效应的电磁场探测及精密测量技术在太赫兹的场强和功率计量、太赫兹通信和太赫兹成像等方面有着巨大的应用前景.本文回顾了基于Rydberg原子量子干涉效应实现电磁波电场自校准和可溯源测量的基本理论和实验技术,详细介绍了基于Rydberg原子的高灵敏太赫兹场强测量、太赫兹近场高速成像和太赫兹数字通信的基本原理和技术方案.最后简单介绍了本研究团队正在开展的基于Rydberg原子的太赫兹探测工作.     

太赫兹目标RCS缩比测量技术

论述了国外基于微波上倍频、激光下变频、THz时域光谱三种典型太赫兹波目标雷达散射截面(RCS)缩比测试系统的构成、技术特点和应用范围。采用固态器件、基于微波上倍频技术集成研制了宽带太赫兹低频端目标RCS测量系统,采用基于扫频的时域法RCS测量技术和小角度旋转目标雷达合成孔径（ISAR）成像方法对小目标进行了电磁散射特性测量,获取了目标RCS和二维散射成像信息。     

基于编码超表面的太赫兹宽频段雷达散射截面缩减的研究

本文设计了一种柔性, 非定向低散射的1bit编码超表面, 实现了太赫兹宽频带雷达散射截面的缩减. 这种设计基于对“0”和“1”两种基本单元进行编码, 其反射相位差在很宽的频段范围内接近180°, 为一种非周期的排列方式, 该电磁超表面使入射的电磁波发生漫反射, 从而实现雷达散射截面的缩减. 全波仿真结果表明, 在垂直入射条件下, 编码超表面的镜像反射率低于-10 dB的带宽频段范围为1.0-1.4 THz, 该带宽内超表面相对同尺寸金属板可将雷达散射截面所减量达到10 dB以上, 最大缩减量达到19 dB. 把柔性编码表面弯曲在直径为4 mm的金属圆柱面上, 雷达散射截面的所减量高于10 dB以上的带宽频段范围为0.9-1.2 THz, 仍然可实现宽频带缩减特性. 总之, 编码超表面为调控太赫兹波提供一种新的途径, 将在雷达隐身、成像、宽带通信等方面具有重要的意义.     

考虑棱边散射的半空间复杂导体目标高频分析方法

研究了半空间内复杂导体目标棱边散射的高频求解方法.分析半空间电磁波的传播规律和复杂目标棱边的电磁散射特性,将半空间并矢格林函数引入等效电磁流方法中,给出了基于等效电磁流法和物理绕射理论的半空间棱边散射场计算式,同时结合图形电磁学,对半空间复杂目标进行消隐处理,判断目标的棱边像素及获得棱边参数,与半空间目标的面元散射场相叠加,快速有效地计算了半空间复杂目标的雷达散射截面.数值结果证明了方法的有效性和准确性. 关键词： 半空间等效电磁流方法 半空间并矢格林函数 图形电磁学 雷达散射截面     

雷达信号处理技术在太赫兹成像中的应用

太赫兹成像采用的成像算法多来自于其他频段已经成熟的成像算法,而针对太赫兹波特性的成像算法还不多见,因此在太赫兹频段形成了成像机理及算法研究的空白。按照经典电磁理论、光学原理对太赫兹成像进行分类,指出了雷达成像与太赫兹成像之间的关系。并通过研究太赫兹雷达目标散射特征,分析了不同太赫兹源的衍射极限成像分辨力。最后,从信号处理的角度介绍了太赫兹雷达信号处理及成像算法的研究现状。     

随机Gauss粗糙面上三维导体目标散射差场的随机泛函解析计算方法

提出一种解析的随机泛函方法(SFA),计算导体Gauss粗糙面上三维导体目标的复合电磁散射.推导粗糙面的随机Green函数,用一种新的四路径模型描述面体复合散射机理,用SFA求解双站差场雷达散射截面.以导体球目标为算例,与其他数值计算方法比较后验证了SFA的有效性与准确性,同时讨论了粗糙度、体目标尺寸以及距离粗糙面高度等参量变化对结果的影响,给出复杂形状体目标的双站差场雷达散射截面的空间角分布. 关键词： 随机泛函方法 粗糙面随机Green函数 差场雷达散射截面 面体复合散射     

玉米油光学参数的太赫兹波精确测定研究

利用太赫兹电磁波时域光谱（THz-TDS）技术对玉米油进行了测量.考虑容器对参数测量的影响,使用传输函数逼近方法来计算分析玉米油的折射率、吸收系数等重要的光学参数.与传统的太赫兹电磁波数值计算方法比较,传输函数逼近方法在分析玉米油的光学参数方面具有很高精度.结果表明,该测量分析方法对植物油品质检测具有重要指导意义. 关键词： 太赫兹时域谱 玉米油 光学参数 吸收系数     

磁化铁氧体覆盖二维导体目标FDTD分析的移位算子方法

采用移位算子方法把时域有限差分法推广应用于二维磁各向异性色散介质—磁化铁氧体中.证明了电磁波横向入射二维轴向磁化铁氧体目标情形下,电磁波可按目标的轴向分解为横电波(TE波)和横磁波(TM波),且TE波的散射特性与铁氧体介质无关,而TM波的散射特性与介质电磁参量密切相关,同时对其物理原因进行了分析.通过采用移位算子方法处理磁化铁氧体频域本构关系,得到该情形下目标电磁散射的移位算子时域有限差的迭代计算公式,同时解决了电磁波在各向异性和频率色散介质中传播的问题.计算了轴向磁化铁氧体涂敷VonKarman型导体柱的TM波双站雷达散射截面,分析了铁氧体参量对目标双站雷达散射截面的影响.结果表明:恰当地选择铁氧体参量能有效地减少目标的雷达散射截面,本文时谐因子取exp〔jωt〕.     

太赫兹光谱和成像技术在生物医学领域研究与应用

太赫兹波是指位于微波和红外线之间频段的电磁波。太赫兹波是电磁波段中由电子学向光子学过渡的特殊区域,也是宏观经典理论向微观量子理论的过渡区域,具有重要的科学研究价值和应用价值。人体组织细胞是由蛋白质、核酸、酯类等生物分子组成,每一种物质所特有的分子结构决定了其特征的光谱信息。太赫兹光谱与成像技术能够反映这些分子结构状态和它们之间相互作用。我们研究组近年来在太赫兹光谱技术应用方面做了一些工作,包括对氨基酸和糖类同分异构混合物的定量分析和采用太赫兹光谱技术结合模糊分类器等对宫颈癌组织接片样本进行了分类诊断研究。在该项研究中,我们建立了太赫兹光谱技术测量癌瘤组织的方法;建立多种癌瘤组织太赫兹光谱的特征提取方法;建立了多种适合太赫兹光谱技术进行癌瘤鉴定的分类模型,并对其进行统计学验证。取得了满意的效果。但是从目前的研究工作来看,太赫兹光谱与成像技术进入实际临床应用还有相当长的路要走。     

负折射率媒质雷达散射特性分析

 从负折射率媒质的本构关系出发,应用分段线性递推卷积(PLRC)方法推导出负折射率媒质中的时域有限差分（FDTD）计算公式,建立了基于分段线性递推卷积的FDTD方法(PLRC-FDTD)。并应用该方法计算了负折射率媒质覆盖导体柱的雷达散射截面,分析了负折射率媒质参数对其雷达散射截面的影响。结果表明,恰当地选择负折射率媒质参数能有效减小目标的雷达散射截面。     

电磁超表面在微波和太赫兹波段雷达散射截面缩减中的应用研究进展

电磁超表面由于其独特的电磁特性为调控电磁波提供了有力工具,合适地设计成编码、随机、相位不连续、完美吸收器等超表面,就能够控制电磁波的散射以及反射特性,实现雷达散射截面的缩减。本文综述了不同的电磁超表面利用漫反射或者吸收等特性实现在微波和太赫兹波段雷达散射截面缩减中的应用。分析表明,编码超表面由不同的数字单元组成,其反射相位差在很宽的频段范围内满足恒定的关系,设计特殊的单元序列使入射的电磁波产生非定向散射,更高bit编码超表面更容易灵活调控电磁波;随机超表面通过调节阵元的尺寸实现宽带移相从而将金属目标特征性强的反射峰打散成一个无规律、杂乱的波,产生漫反射;不连续超表面由于相位不连续可使电磁波发生漫反射或者异常反射;吸收器通过合理设计结构尺寸实现吸收电磁波能量来减小反射。因此电磁超表面在雷达隐身、宽带通讯、成像等方面具有重要的应用前景。最后对电磁超表面在雷达散射截面缩减中应用的发展趋势进行了初步探讨,未来将向着宽带、柔性、大角度等方面发展。     

缩比模型的宽频时域太赫兹雷达散射截面(RCS)研究

本文首次以钛宝石飞秒激光振荡级为抽运源,搭建了国内首套宽频时域太赫兹雷达(带宽0.1—1.3 THz)并进行了基于标准球的系统校正验证.利用该雷达测量了太赫兹波段三种缩比模型的散射时域信号.通过改进后的后向投影算法对模型的轮廓外形进行了成像研究,验证了新型时域散射信号成像机理.太赫兹雷达更高的频率,宽谱的特征和高分辨率成像的能力有望用于隐形外形设计过程,成为新兴的太赫兹散射特征研究平台.     

一种基于压缩感知的三维导体目标电磁散射问题的快速求解方法

提出了一种将压缩感知和特征基函数结合的方法来计算三维导体目标的雷达散射截面.利用压缩感知理论,将随机选择的矩量法阻抗矩阵作为测量矩阵,将激励电压视为测量值,然后再用恢复算法可实现二维或二维半目标感应电流的求解.对于三维导体目标,使用Rao-Wilton-Glisson基函数表示的感应电流在常用的离散余弦变换基、小波基等稀疏基上不稀疏.为此,本文将计算出的目标特征基函数作为稀疏基,用广义正交匹配追踪算法作为恢复算法来加速恢复过程,并应用到三维导体目标的雷达散射截面计算中.数值结果证明了本文方法的准确性与高效性.     

THz电磁波在时变非磁化等离子体中的传播特性研究

本文建立了时变非磁化等离子体平板的一维模型,并采用时域有限差分(FDTD)方法对太赫兹(THz)电磁波在时变等离子体中传播时的反射、透射系数及吸收率进行了计算.然后根据计算结果分析了时变等离子体的上升时间、电子密度、温度以及等离子体平板厚度等参数对不同频段THz波在等离子体中传播特性的影响.分析结果表明:THz波在时变等离子体中传播时,其反射系数受等离子体电子密度和上升时间的影响较大;而吸收率则随着上升时间的减小、电子密度及平板厚度的增加而增大;此外,THz电磁波能够穿透量级为1020m-3的高密度等离子体层,可以作为再入段飞行器通信以及高密度等离子体诊断的理想工具.     

太赫兹电磁波低通滤波器与中药材指纹数据提取

太赫兹时域光谱技术可以为中药材鉴别和研究提供新方法. 视每种中药材标准样品为一个太赫兹电磁波低通滤波器, 用三参数二阶微分方程或频域系统函数H(f) 描述滤波器的特性. 利用中药材的透射太赫兹电磁波电场强度时域波形采样数据和频域幅频数据, 可以计算出中药滤波器的阻尼系数α 、固有频率β 、放大系数γ. 数据分析发现, 所用的5种中药材都有惟一确定的滤波器参数, 若用中药材的二阶阻尼振子的三个参数作为中药材的指纹数据, 可以有效地区分不同种类的中药材.     

太赫兹各向异性超材料极化调控器设计与实现

电磁波极化特性会影响无线通信系统的性能,随着电磁场与微波技术的广泛应用,为满足信息传输和信息获取需求,电磁波极化特性的自由调控变得非常重要,在无线通信和雷达目标识别技术领域,都是通过改变极化状态来实现极化自由调控,随着波长的变短,相比微波通信,太赫兹通信具备频谱资源更丰富、传输速率更高的优势,但传统结构的极化调控器因存在各种缺陷,在太赫兹频段中的应用具有一定的局限性。针对这个问题,利用各向异性超材料设计了一款可用于太赫兹频段的双功能极化调控器,首先采用坐标分解法分析了器件的双功能极化调控特性,分析结果表明所设计的调控器既可以实现线极化波调控,又可以实现圆极化波调控,具备双功能调控特点;然后采用表面电流法分析了调控器的极化转换机理,仿真结果表明调控器具有4个谐振点,超材料单元结构中发生的四阶电磁谐振叠加,使得调控器工作频带宽,且极化转化效率高,在0.45～1.152 THz的频带内效率可高达90%以上;最后还分析了器件的不同参数对器件性能的影响,提出了调控器性能的优化思路和调控器的实际使用条件。通过对结构参数的分析,发现结构参数的变化会影响调控器工作时的频带宽度和谐振点的分布位置,调控器...