太赫兹计量研究进展

太赫兹技术的独特性和优越性吸引着众多科学研究者的关注,在生物医药、信息科学、公共安全、量子研究和太空探测等领域具有巨大应用潜力。这些应用的有效性和可信度都需要以太赫兹相关参数的量值溯源为前提。文章以太赫兹光谱、频率、功率和强度等参数为对象,介绍了太赫兹计量研究的最新进展,分析了各种计量技术的特点,以期促进太赫兹计量技术发展,保障太赫兹研究和应用的量值可靠。     

太赫兹科学与技术

太赫兹电磁波段的开发和利用具有重大的科学意义和潜在的应用价值,太赫兹科学技术已经成为本世纪最为重要的科技问题之一,除了本身具有很多重大的科学问题之外,它还是一种非常有效的研究手段。介绍了太赫兹科学技术的发展历史及国内外相关的发展情况,列举了太赫兹波的独特性质,概述了太赫兹科学技术在基础研究领域和应用研究领域的新进展。     

太赫兹混频器技术研究进展

太赫兹混频器可通过本征信号与原信号混合,经频率变换,实现频谱探测、超分辨成像和天文信号高灵敏探测,在太赫兹频谱识别、太赫兹安检、射电天文探测等领域具有重要应用前景。本文首先介绍了太赫兹混频器的基本原理、分类、主流技术方案;其次针对太赫兹混频器超灵敏化、高频化、中频宽带化和小型化集成的应用需求,分析了国内外太赫兹混频器设计与制作技术的发展动态;最后归纳了太赫兹混频器的应用状况、技术挑战和可能的解决方案,以便阐明三类太赫兹混频器的技术特点和技术发展趋势。     

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。     

多层介质型太赫兹菲涅尔天线研究

基于菲涅尔波带片透镜的设计原理,设计了三款多层介质结构的菲涅尔波带片天线.该天线采用高增益的波纹喇叭天线提供馈电,工作频段为太赫兹通信第一大气窗口320～380GHz,回波损耗低于-15 dB,增益大于25 dBi.研究了菲涅尔波带片天线的周期数和子区数对天线性能的影响,结果表明随着周期和子区数的增加,增益也会不断的提高,而当波带片直径和喇叭口径面积相比拟时,电磁波损耗较大,并且谐振频率在太赫兹大气窗口内右移.     

太赫兹通信系统的研究现状与应用展望

随着无线通信技术的发展,对无线通信速率和频率的要求逐年提高。现有无线通信频段已趋于饱和,而太赫兹频段是一个全新的空间。本文按照产生方式分类对近年国内外太赫兹通信研究最新进展进行了综述,并给出未来太赫兹通信系统在光载无线通信、空间领域、军事领域上的可能应用方向。     

液晶太赫兹光子学研究进展

液晶作为液态和固态之间的中间态,具有液体的流动性和晶体的各向异性,其指向矢灵活可调,从微波到紫外都有广泛应用。近年来液晶光子学在太赫兹波段展现出巨大应用前景,本文综述了基于液晶的太赫兹源、可调太赫兹器件和太赫兹探测器的研究进展,探讨了未来液晶太赫兹光子学的发展趋势,如新型铁电向列相、液晶拓扑在太赫兹领域的应用,多模式、多参量的太赫兹波按需产生、调制与探测等。     

太赫兹脉冲整形技术研究进展

太赫兹(THz)脉冲整形技术在量子理论、生物医学成像、安全检查、亚毫米波通信等领域都具有重要的学术价值和应用前景。概述了基于飞秒脉冲的整形技术和新型太赫兹辐射材料整形技术,分析了太赫兹脉冲整形器件整形技术目前的研究状况,并对各种整形方法的发展进行了展望。     

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。     

基于频率梳的太赫兹辐射强度测量

为实现太赫兹辐射特性精准认知,开展太赫兹辐射绝对强度测量研究。通过光学频率梳产生太赫兹频率梳,利用太赫兹频率梳实现太赫兹辐射源空间强度测量。本文利用电光采样和光电导探测两种方式,实现了100 GHz辐射源空间辐射强度测量;将100 GHz辐射总功率溯源到标准太赫兹功率计,实现太赫兹辐射强度绝对测量。分析比较了利用800 nm空间光进行电光采样和利用1550 nm光纤激光进行光电导探测的测量结果。本文在不同距离下,对太赫兹辐射源的空间辐射绝对强度进行了测量,实验揭示了太赫兹辐射传输的空间演化特性。     

用深紫外光刻波带片制作全息透镜阵列和椭圆波带片

本文报道用电子束扫描和深紫外曝光获得的离子刻蚀波带片的一级衍射波和二级衍射波干涉,分别在银盐干板和光致抗蚀剂上制作平面全息透镜阵列和椭圆波带片,并给出用它们聚焦和成像的实验结果。     

Offset Fresnel zone plate antennas

The theory of offset Fresnel zone plate antennas is presented. Explicit formulae for the design of the zone boundaries for the offset Fresnel zone plate are given. Theorectical equations and numerical results for the far-field analysis are presented. It is found that when the offset angle increases, the zone boundaries become more elliptic and the plate becomes more asymmetric in the E-plane. With the number of full wave zones and the plate width in the W-plane fixed, the plate width in the E-plane increases with the offset angle, which keeps the projected aperture area constant. Within a limited range of offset angles, the offset configuration can be employed without degrading the radiation performance much. For large offset angles, however, the asymmetry of the configuration may lead to increased sidelobes and decreased antenna directivity. An experiment with one particular phase reversal zone plate antenna with 30° offset angle shows good agreement between the measured antenna pattern and the theoretical prediction.     

消色差复合宽带太赫兹波片的优化设计

采用模拟退火算法设计了0.2～2.0THz和0.2～3.0THz两个波段下的消色差复合太赫兹λ/4波片,在0.2～2.0THz波段内实现了波片相位延迟偏差小于2%,在0.2～3.0THz波段内波片相位延迟偏差小于4%。系统分析了不同石英玻片个数对消色差复合太赫兹波片的消色差性能以及厚度和损耗等关键参量的影响。分析表明,随着石英玻片个数的增加,波片的消色差性能也会变好,在相应太赫兹波段相位延迟失谐量也随之减小;但同时,波片的厚度也随之增加,导致对太赫兹波的损耗增加。在0.2～2.0THz和0.2～3.0THz范围内,太赫兹λ/4波片采用5个玻片为最佳,此时可以获得较好的消色差性能,同时波片的厚度和损耗也在可实际应用范围内。     

菲涅尔波带片的设计与制作

一种有效的实验用波带片的制作方法，详细说明了波带片的设计与制作过程以及各步骤的注意事项，并由实验给出了测试结果。     

Terahertz Phonon Mode Engineering of Highly Efficient Organic Terahertz Generators

For terahertz (THz) wave generators based on organic electrooptic crystals, their intrinsic phonon modes are playing an essential role in THz generation characteristics. Here, this study proposes an effective design strategy for THz phonon mode engineering of organic electrooptic salt crystals for efficient optical‐to‐THz frequency conversion. To reduce phonon‐mode intensity, strongly electronegative trifluoromethyl group acting as strong hydrogen‐bond acceptor is incorporated into molecular anions. New 2‐(4‐hydroxy‐3‐methoxystyryl)‐1‐methylquinolinium 4‐(trifluoromethyl)benzenesulfonate (HMQ‐4TFS) crystals exhibit a relatively small absorption coefficient in the THz spectral range between 0.5 and 4 THz, which is attributed to suppressed molecular vibrations due to strong hydrogen bonds involving the 4TFS anion. In addition, HMQ‐4TFS crystals possess a very large macroscopic optical nonlinearity, comparable (or even higher) to benchmark stilbazolium crystals. Based on the low‐intensity THz phonon modes and the large optical nonlinearity, a 0.37 mm thick HMQ‐4TFS crystal pumped with 150 fs infrared laser pulses facilitates very efficient THz wave generation by optical rectification, delivering 23 times higher peak‐to‐peak THz electric field than the widely used standard inorganic ZnTe crystal (1.0 mm thick) and a broader spectral bandwidth. Therefore, strongly electronegative groups introduced into molecular salt electrooptic crystals provide a very promising design strategy of THz phonon mode engineering for developing intense broadband THz sources.     

Multilayer phase correcting fresnel zone plate reflector antennas

Owing to its flat nature and light weight etc., the Fresnel zone plate antenna is becoming very attractive for such applications as DBS reception and receive-only VSAT. The disadvantages of low efficiency and high sidelobes of the simple and the phase reversing zone plates can be improved by using phase correcting techniques. In this paper, a systematic investigation on the efficiency and sidelobe performance of subzone phase correcting zone plate antennas is presented. The design of a form of multilayer phase correcting zone plate reflector is described. A quarter-wave zone plate reflector constructed with three dielectric layers and metallized rings is reported, with measured peak efficiency of 55 per cent.     

太赫兹准光传输面临的挑战

本文从太赫兹传输所面临的困难,讨论了利用自由空间进行传输太赫兹波的准光系统。通过对高斯波束传播的讨论,探讨了高斯波束与光学光线的区别,以及为什么光线光学和光学透镜设计方法不能用于高斯波束的原因。最后作者从阵列处理和傅里叶光学角度提出了太赫兹研究中的一些问题供同行参考和讨论。     

具有多重焦点的波带透镜的设计

本文提出了一种新型的具有多重焦点的波带透镜的概念及其设计方法。可提供某些特定的光场分布,而且具有性能稳定、微型化和可实际制作等特点。