太赫兹波探测技术的研究进展

太赫兹波具有优越的特性,使其在物理、化学、生物医学、天文学、材料科学和环境科学等方面有重要的学术和应用价值,以及对国民经济发展、国家安全、反恐和新一代信息科学技术有重大的推动作用,作为太赫兹技术应用的关键器件之一的太赫兹探测器同样到了迅猛的发展。文章介绍了太赫兹探测技术的原理及其应用,并在此基础上分析了太赫兹探测器的最新进展、性能和发展趋势。     

高灵敏度低噪声太赫兹电光探测器研究

本文选用相同光电响应灵敏度的高性能PIN光电二极管,将探测激光信号转换为电流信号,再通过低噪声电流-电压转换将电流信号转换为电压信号,通过采用具有很强共模信号抑制能力的差分放大器,不仅极大地抑制了太赫兹信号本身携带的噪声,也避免了探测激光强度扰动引起的测量误差.差分最后经过带通滤波器控制工作带宽和进行降噪处理,经由主放大器实现太赫兹信号输出.实验表明,该探测器具有高灵敏度、高信噪比、宽工作带宽等显著特点,完全满足了太赫兹时域光谱系统研究的需要.     

太赫兹探测与通信技术新进展

回顾了太赫兹技术的最新进展,并总结了未来的几个重要方向,重点介绍几种关键的太赫兹技术,包括太赫兹源、太赫兹传输、太赫兹调制和太赫兹检测。简要介绍了当前太赫兹技术的发展现状和应用情况,如射电天文学、物体无损检测、医疗成像、安检等太赫兹探测应用和太赫兹通信概况。对太赫兹探测和通信最新技术进展进行了回顾,给出了该领域的前瞻研究方向。     

ZnTe晶体对太赫兹波的电光响应及极化匹配

给出了ZnTe电光晶体折射率和吸收系数随太赫兹波频率而变化的计算曲线,比较了太赫兹波在ZnTe中传播时的相速度和群速度。通过与太赫兹频率和晶体厚度相关的电光效率响应函数,理论计算了ZnTe电光晶体对太赫兹脉冲的探测电光响应,得到了晶体厚度与探测到的太赫兹频谱宽度的定性关系,从计算结果中找到了ZnTe电光晶体在5.3 THz和6.2 THz等多个频点的探测盲点,这些探测盲点来自于ZnTe电光晶体与相应频点太赫兹波的栅格共振吸收。结合自制的大口径太赫兹光导天线和1 kHz脉冲重复频率的太赫兹时域光谱实验系统,通过差分探测技术,从实验上得到了太赫兹波极化方向与〈110〉型ZnTe晶体晶轴方向的六个最佳匹配角度,给出了太赫兹电场最大值随晶轴与太赫兹波极化方向之间夹角变化的曲线及经验公式,这将有利于在实践中对该现象的深入理解和对探测灵敏度的有效提高。     

TEA太赫兹波远程探测数值模拟

太赫兹波具有许多独特的性质,有着广泛的应用 前景。然而,由于水汽对太赫兹波的强烈吸收,使 其在空气中的传输距离十分有限,应用受到了极大限制。TEA现象巧妙的将太赫兹波和光声 信号结合起来, 为太赫兹波的远程探测提供一种有效途径。本文初步探讨了TEA 现象的物理过程及其内在的 物理机制,推 导出了TEA过程的近似理论模型,得到了太赫兹辐射与光声信号幅度增强之间的定量关系。     

具有双电光分子的聚合物型太赫兹波探测器件

与传统的无机晶体材料相比,电光聚合物材料具有更高的电光系数,并且没有声子吸收问题,由此构成的太赫兹波探测器件具有更高的效率和带宽。但是侧基型和主客体型的电光聚合物具有电光系数偏低和相分离问题,这些缺点限制了这类材料的应用。具有双电光分子的聚合物材料可以克服上述问题,利用这种材料构成共面插指结构的太赫兹波探测器件效率可提高80%,带宽可扩展到9THz,并且器件具有良好的稳定性。     

具有双电光分子的聚合物型太赫兹波探测器件

与传统的无机晶体材料相比,电光聚合物材料具有更高的电光系数,并且没有声子吸收问题,由此构成的太赫 兹波探测器件具有更高的效率和带宽。但是侧基型和主客体型的电光聚合物具有电光系数偏低和相分离问题,这些缺点 限制了这类材料的应用。具有双电光分子的聚合物材料可以克服上述问题,利用这种材料构成共面插指结构的太赫兹波 探测器件效率可提高80%,带宽可扩展到9THz,并且器件具有良好的稳定性。     

太赫兹波远程探测的最新研究进展

太赫兹波具有许多独特的性质,在很多科学技术领域有着广泛的应用前景。然而,由于水汽对太赫兹波存在强烈的吸收,使得太赫兹波在空气中的传输距离十分有限,限制了太赫兹波的应用,如何实现太赫兹波的远程探测成为太赫兹领域的研究重点。本文介绍了最近出现的THz-REEF和TEA两种远程太赫兹波探测方法,分析了探测过程和探测系统的结构,解释了内在的物理机制,并对其应用进行了展望。     

采用CMOS太赫兹波探测器的成像系统

太赫兹波成像技术在生物医疗和安全检测等领域具有广阔的应用前景。针对新一代信息技术对便携式太赫兹波成像设备的需求,设计了基于CMOS太赫兹波探测器的成像系统。该系统包括一款CMOS太赫兹波探测器、片外模数转换器（ADC）、FPGA数字信号处理器、二位步进机、四个抛物面镜和太赫兹波辐射源等。CMOS太赫兹波探测器集成了片上贴片天线以及作为检波元件的NMOS晶体管,探测器由180 nm标准CMOS工艺制成。太赫兹波探测器的输出被片外模数转换器（ADC）采集并转换为数字信号,该数字信号被FPGA采集并传输到电脑上成像。所有上述元件均被装备在印刷线路板（PCB）上以减小系统体积。该系统实现了透射式太赫兹波扫描成像而无需斩波-锁相技术,并给出在860 GHz的太赫兹波照射下隐藏在信封内部金属的成像结果。     

太赫兹波探测器技术研究进展

对现有的几种常见太赫兹探测技术进行了总结,介绍了探测太赫兹脉冲信号的THz-TDS技术、外差探测的相干探测技术以及基于热吸收的直接探测技术。分析了等离子波探测器相对于传统电子和光子探测器的优势,并重点介绍了以石墨烯为材料的新型太赫兹探测器的研究进展。     

金属波导连续光泵气体太赫兹激光器

针对紧凑型光泵气体太赫兹激光器(OPTL)技术,设计并研制了全金属波导结构的气体太赫兹(THz)激光器原理样机.THz激光器工作介质为CH_3OH气体,最佳工作气压30 Pa,在波长9.69μm、连续功率44 W的9P(36)支CO_2激光泵浦下,实验测得在2.52 THz频点输出功率150 m W,光子转换效率为8.4%.研究THz激光输出功率与CH_3OH工作气压、泵浦光功率的关系、以及THz激光输出稳定性,并通过压电陶瓷对THz激光腔长进行精密调节,同时测量输出功率的变化情况,讨论了金属波导THz激光器的纵模特性.实验工作与结果为下一步紧凑型折叠波导腔全金属OPTL的研制提供了参考.     

基于太赫兹气体激光器的连续波成像系统性能分析

实现了基于光泵浦远红外气体激光器和高莱管探测器的连续波太赫兹成像.从太赫兹光学器件的选择和配置角度讨论了成像系统的设计和搭建流程.详细测试了系统在信噪比、空间分辨率、探测器响应和成像速度方面的性能指标.利用该系统采集了一系列样品的太赫兹透射图像,实验结果验证了系统的成像效果,揭示出太赫兹成像技术在安全检查和质量控制方面...     

基于等离子体结构的太赫兹石墨烯电光调制器的机理分析

基于等离子体共振机理,提出了一种包含金属/石墨烯/Al2O3/石墨烯堆栈结构的等离子体脊型波导.基于光电效应的微观机理分析,通过设计波导结构和等离子体结构,优化调制器的性能.结果显示,电光调制器的插入损耗很低,工作在近红外波段,调制速率为730 GHz,能量损耗为0.7 fJ/bit,3-dB带宽为3.66 THz.     

基于准相匹配线性电光效应的激光偏振态操控

基于周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体的准相位匹配线性电光效应,利用邦加球理论,晶体在不同占空比和温度下,探索了输出激光偏振态随外加电场的演变规律。研究结果发现,激光偏振的演变对外加电场E0、晶体占空比D和温度T0非常敏感; 若T0=273K, D=0.25、0.5和0.75,随着E0的增加,输出偏振态成周期性演变; 当D为0.75,且T0为263K、293K和313K时,输出偏振态的演变表现为无规则性。合理选择一定的外加电场、占空比和温度,可以实现任意偏振光。这些结果有助于PPLN偏振控制器的优化设计。     

超快激光成丝产生太赫兹波的研究

研究了超快激光脉冲成丝辐射太赫兹(Terahertz, THz)波.考虑到THz 波在安全检查和国防建设等方面具有十分重要的意义, 文中总结了超快激光成丝产生太赫兹波的物理机制和控制技术, 并对各种相关理论和技术进行了分析.文章从理论模型、偏振特性和远场角分布情况等方面来介绍物理机制, 并探讨为满足应用需求的控制技术, 主要包括强度、偏振和波形控制.研究表明, 超快激光成丝辐射太赫兹波的产生方式、理论模型和控制形式均有多种, 其中理论模型主要包括四波混频模型和光电流模型, 强度控制技术主要包括双色场泵浦和在光丝通道两侧施加偏压.     

改变天线泵浦光斑尺寸对太赫兹辐射影响的研究

从实验上研究了光电导天线电极之间激光光斑大小对太赫兹波产生的影响。另外,理论模拟了激光功率密度与太赫兹波辐射强度之间的关系,与实验结果非常吻合。泵浦光激光功率密度的增加能够显著的提高太赫兹波辐射强度,但是当超过一定值后会趋于饱和,此时若继续减小光斑尺寸,激光功率密度的增加不会使太赫兹产生继续增强。但是,太赫兹波却会随着光斑尺寸的减小而变弱。     

基于液晶光开关的激光自动检测防护装置

为了实现对任意波长激光的自动检测与防护,根据光敏三极管、电磁继电器以及液晶电光效应实验原理,设计了一套激光自动检测和防护装置,并进行了理论分析和实验验证。光敏三极管在受到激光辐射时形成光电流,通过放大电路和电磁继电开关输出5V电压,并使其在较短时间内激活液晶电压开关,使液晶屏在受到激光照射时,对激光基本不透明;而当激光脉冲照射结束时又回到透明状态。结果表明,这种激光防护眼镜的设计方案,可在常态时允许普通和不太强的自然光透过,而在激光照射时阻挡激光透过。     

双支路电光Q开关高重频激光器研究

报道了一种采用LD侧面泵浦、双支路电光Q开关实现热退偏补偿的高重频固体激光器。在重复频率1 kHz时,实现了平均功率6.7 W,脉冲宽度16.7 ns的TEM00模激光输出,对千赫兹高重频、窄脉宽、高光束质量激光器的研发具有一定的参考价值。     

抽样对复合傅里叶变换轮廓术的影响

为了研究抽样对复合傅里叶变换轮廓术测量精度的影响,避免因抽样造成的频谱混叠,采用梳状函数对连续变形条纹进行抽样的方法,并结合卷积性质,在相位方向和其垂直方向上分别进行了讨论,从而得到了在实际测量中两个方向上抽样频率的选择依据.结果表明,在相位方向上,抽样频率应至少为基频的倍;在垂直方向上,抽样频率必须至少为两个载频中较大频率的3倍.计算机模拟和实验验证了理论分析的正确性.     

重频应用下电光晶体温度场应变场影响因素

为了将等离子体电光开关应用在重复频率下,基于有限元法,数值模拟了重复频率激光负载下电光晶体吸收系数、电光晶体厚度、光斑边界和晶体边界相对距离、功率密度分布对电光晶体中温度场应变场分布影响规律。数值模拟表明,晶体内热沉积大小取决于吸收系数和晶体厚度,而温度场分布不仅和入射激光功率密度分布有关,还与光斑边界和晶体边界相对距离密切相关。结果表明,温度场分布和晶体热力学参量一起决定了晶体内应变场大小及分布。