太赫兹折叠波导慢波结构的设计与微加工

从行波管工作的物理特性提出了一种获得折叠波导慢波结构参数的简单方法,给定工作频率和电压,能够获得折叠波导慢波结构的初始参数.设计了D波段的折叠波导结构来验证该方法,对其冷测特性如色散、耦合阻抗进行了分析.仿真结果表明,设计的折叠波导慢波结构在中心频率处具有较平缓的色散关系,在中心频率处耦合阻抗为3.5欧姆.在电子注电压为20.6 kV,电流为15 mA时,27 mm(50个周期)的折叠波导慢波结构在220 GHz具有13.5 dB的增益,3 dB带宽为11 GHz(213~224 GHz).同时讨论了折叠波导慢波结构的微加工工艺,并通过UV-LIGA工艺获得了实验样品.     

太赫兹传输波导器件研究进展

随着太赫兹技术的发展,太赫兹传输波导器件的研究成为待解决的重要问题之一。太赫兹波位于微波与红外光之间,寻找高效的传输、耦合器件一直是研究人员的目标。主要介绍了太赫兹传输波导研究现状,并总结了各类型太赫兹波导的优势与不足。根据材料与结构分别对金属波导、介质波导的研究进展进行了分析。其中金属波导包括裸金属线波导、微结构波导、空芯波导以及平板波导,介质波导包括介质空芯波导、多孔芯波导以及微结构波导。最后分别对太赫兹传输波导未来需要解决的研究方向进行了展望。     

GaAs参量振荡产生太赫兹波的腔相位匹配研究

基于腔相位匹配的方法,研究了GaAs微片状晶体构成的光学微腔光参量振荡产生太赫兹波的条件与参数设计.计算了腔相位匹配下GaAs晶体的最优化腔长,通过调节GaAs晶体的温度研究了太赫兹波的输出情况,模拟了不同波长下最低的能量阈值.结果表明,在完全相位匹配很难实现的情况下,采用腔相位匹配能很容易地实现大范围的太赫兹波调谐输出.结果为小型化光学太赫兹源的实验与理论研究提供了参考.     

太赫兹波在二维光子晶体波导中的传输特性研究

首先用平面波展开法(PWM)计算了二维光子晶体的能带结构,然后提出了适合THz 波传输的光子晶体波导模型,并采用时域有限差分法(FDTD)研究了THz波在这种波导中的传输特性.在波导的输入输出口采样场值经过傅立叶变换以后进行比较,结果很合理.分析结果表明,位于光子晶体禁带内的THz波在这种波导中的传输是几乎没有损耗的,这为开发性能优良的THz 器件提供了理论依据.     

太赫兹波在金属镀层空芯圆波导中的传输特性

文章理论分析了太赫兹波在金属镀层空芯圆波导中的传输特性.比较了在内直径为2mm的空芯圆波导中分别镀金、铅、镍不同金属时不同入射频率的太赫兹波的理论衰减常数,计算了镀不同金属而入射波波长一定的情况下波导中主模即最低模TE11模的衰减常数随波导内直径的变化情况.进一步研究表明Au,Ag,Cu均可作为空芯圆波导中优良的金属镀层以用于太赫兹波的低损耗传输.     

太赫兹波导传输中的模式稳定性

太赫兹波在基模波导中传输的欧姆损耗很大,因此在传输太赫兹波时经常采用过模传输的方式来降低传输损耗。但采用过模传输,会引起波导中传输模式的变化,因此如何保证传输中的模式稳定是过模传输中的重要问题。本文采用仿真与实验的方法,对220 GHz圆传输波导中的圆波导半径渐变情况下的模式稳定性进行了研究。结果表明,适当延长渐变波导长度,可以抑制模式耦合,保持单模传输。     

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.     

二氧化钛光子晶体波导的太赫兹波传输特性

本文应用时域有限差分法研究了二维二氧化钛光 子晶体波导的禁带范围和太赫兹波的 传输特性,分别设计了带隙宽度为0.226 THz 、0.2728 THz和0.316 THz的直线型、直角型和T 型二氧化钛光子晶体波导结构。研究发现,相比传统波导,本文设计的二维二氧化钛光子晶 体波导不仅在直线路径中有较高的太赫兹波传输效率,而且在转角的路径中也有很高的太赫 兹波传输效率。此研究结果为太赫兹器件的设计和制作提供重要理论依据,为高速宽带无线 通信系统的发展提供重要理论借鉴。     

太赫兹波导研究进展

太赫兹技术在下一代通信、生物成像、质量监测等领域应用潜力巨大,高品质太赫兹波导的研制使轻量化、小型化太赫兹系统成为可能,是推动太赫兹技术发展的关键。本文根据不同基材,将太赫兹波导分为金属波导、聚合物波导及复合波导,对其发展情况进行梳理,并对太赫兹聚合物波导这种高柔性、低成本导波技术进行重点介绍,讨论其不同的导光机制;最后对太赫兹导波技术进行了总结,并针对制约太赫兹波导商品化推广应用的瓶颈问题进行了初步探讨。     

基于腔相位匹配差频产生太赫兹的研究

研究了基于GaAs晶体的腔相位匹配(CPM)差频产生太赫兹的过程,得出太赫兹波长与最优腔长之间的关系,并结合温度对太赫兹波长的影响,可实现太赫兹波段范围内的连续调谐输出。当泵浦光在微腔中往返20次时,腔相位匹配产生太赫兹的功率转换效率可达1.33%,在效率相同的情况下,CPM腔长为581.41 μm时相当于准相位匹配(QPM)条件下的晶体长度约23 mm。可以预见由腔相位匹配原理制备的太赫兹源将具有广阔的应用前景,该结果对相关实验具有一定的参考价值。     

基于光学方法的太赫兹辐射源

太赫兹波技术在物理、化学、生命科学等基础研究学科,以及医学成像、安全检查、产品检测、空间通信、武器制导等应用学科都具有重要的研究价值和应用前景,而太赫兹辐射源正是太赫兹技术发展的关键部分。概述了基于光学方法产生太赫兹辐射的几种常用方法,着重叙述了利用非线性光学差频技术和基于横向晶格振动光学模受激电磁耦子散射过程的太赫兹参量振荡技术工作原理,以及目前的研究状况,并对这两种方法产生太赫兹波辐射源未来的发展方向进行了展望。     

太赫兹波导器件研究进展

近年来,太赫兹科学技术的发展极为迅速。与此同时,以波导为基础的、用于太赫兹传输的器件应运而生,其中主要包括：太赫兹金属波导、太赫兹光子晶体波导、太赫兹光子晶体光纤、太赫兹聚合物波导、太赫兹塑料带状波导、太赫兹蓝宝石光纤等。为此,就国际上太赫兹波导器件方面的研究进展和最新动态进行了较详细的分析和归纳总结。     

石墨烯太赫兹波段性质及石墨烯基太赫兹器件

石墨烯在太赫兹波段的优异性质,使其在太赫兹源、太赫兹探测和太赫兹调控三个方面都具备广阔的应用前景。主要对石墨烯在太赫兹波段的性质及石墨烯基太赫兹器件的相关研究进行了综述,并对石墨烯在太赫兹波段的应用前景进行了展望。在石墨烯太赫兹波段性质方面,主要介绍了石墨烯的电导模型、静态和超快光谱响应特性,以及表面太赫兹波辐射特性。在石墨烯基太赫兹器件方面,主要综述了基于光、电、磁调控的太赫兹主动器件,石墨烯基超材料的太赫兹调制器,基于阻抗匹配的减反射调控器件,以及可调太赫兹源器件的最新研究进展。     

基于光学技术的太赫兹相干辐射源研究

由于太赫兹辐射的独特性质和潜在的应用价值, 国内外关于太赫兹波的产生和探测的研究正呈现日益繁荣的景象, 目前太赫兹相干辐射源的研究已成为太赫兹技术领域最重要的前沿课题之一。介绍了产生太赫兹相干辐射的三种主要途径：一是光学技术, 它从高频向低频发展, 其代表为太赫兹激光器, 如气体激光器、半导体激光器和量子级联激光器等; 二是电子学技术, 它由低频向高频发展, 如微波管、固体微波源等; 三是光电子技术, 其频率由1 THz向两侧展宽, 采用超快激光脉冲触发产生太赫兹脉冲。设计了基于光学技术的太赫兹相干辐射系统, 该装置根据气体振转能级跃迁原理, 采用高压直流激励方式产生受激辐射, 波导管谐振腔体, 工作气体为N2, CD4和D2, 经过优化设计, 预计可以产生1.54 THz和1.58 THz的波连续输出。     

金属膜对单介质板太赫兹波导传输特性的影响

理论分析了对称金属薄膜镀层对厚单介质板太赫兹波导TM模传输特性的影响,发现镀膜前后TM模损耗相差巨大,并且随太赫兹频率的增加TM模损耗差异会更大。对低损耗厚单介质板,金属膜对TM模损耗的影响不可忽视。进一步研究了镀膜对TM模模场分布的影响,发现镀膜前后厚单介质板内TM模模场分布显著不同。     

THz QCL波导结构研究与光束质量分析

THz量子级联激光器是理想的固态THz源,研究波导结构对激射光特性和远场光束质量的影响,是THz QCL设计中的关键。本文采用有限元方法对THz QCL双面和单面金属波导结构的限制和损耗特性进行分析,给出了限制因子、波导损耗和阈值增益随波导结构、激射波长等参数的变化关系。仿真实验结果表明:与单面金属波导相比,双面金属波导对光具有更好的限制作用,损耗也比较小,更适合做有源区的波导限制结构。在计算出波导中光场分布的基础上,又利用矢量衍射理论分析了THz QCL的光束质量,给出了不同波导宽度时出射光束的远场光束宽度和远场发散角,从应用方面为QCL的设计提供了一定参考。     

Ultrafast Photo-Thermal Switching of Terahertz Spin Currents

Dissipationless and scattering-free spin-based terahertz electronics is the futuristic technology for energy-efficient information processing. Femtosecond light pulse provides an ideal pathway for exciting the ferromagnet (FM) out-of-equilibrium, causing ultrafast demagnetization and superdiffusive spin transport at sub-picosecond timescale, giving rise to transient terahertz radiation. Concomitantly, light pulses also deposit thermal energy at short timescales, suggesting the possibility of abrupt change in magnetic anisotropy of the FM that could cause ultrafast photo-thermal switching (PTS) of terahertz spin currents. Here, a single light pulse induced PTS of the terahertz spin current manifested through the phase reversal of the emitted terahertz photons is demonstrated. The switching of the transient spin current is due to the reversal of the magnetization state across the energy barrier of the FM layer. This demonstration opens a new paradigm for on-chip spintronic devices enabling ultralow-power hybrid electronics and photonics fueled by the interplay of charge, spin, thermal, and optical signals.