光电导天线太赫兹波辐射特性研究进展

太赫兹科学技术已经成为当前电磁领域研究的热点,太赫兹波的产生是其关键技术,光电导天线(PCA)是目前产生宽频太赫兹波的重要手段。根据光电导天线太赫兹波的辐射特性的文献报道,对光电导天线产生太赫兹波的耦合输出效率、辐射场型、极化特性等研究进展做了较全面的评述,并针对光电导天线辐射特性对光电导天线应用的意义进行了探讨和展望,以期对光电导天线产生太赫兹波的研究和应用提供参考。     

光电导天线太赫兹辐射研究

利用超短激光脉冲触发光电导天线产生太赫兹波是目前研究比较深入,同时得到广泛采用的一种太赫兹波源.电流瞬冲模型能较好地解释光电导天线辐射太赫兹波的机理,并且与实验相吻合,因而被普遍接受.影响光电导天线的因素有材料性质、偏转电压、激光脉冲宽度和单脉冲能量等,其中激光脉冲宽度和激光脉冲能量对太赫兹辐射有很重要的影响.材料中的光生载流子寿命对辐射也有一定的影响.当改变这些参数时,辐射的太赫兹波有不同的特性变化.此外,逐步增大激光脉冲能量,会发现辐射的太赫兹波强度存在一个饱和特性.     

宽带太赫兹偶极子光电导接收天线研究

太赫兹光电导天线广泛应用于宽带脉冲太赫兹波的检测,是太赫兹光谱和成像系统中的重要器件。偶极子光电导天线由于其结构简单、制作容易成为使用最广泛的一类太赫兹光电导接收天线。衡量太赫兹光电导探测天线的一个重要指标是其响应带宽。针对偶极子天线的探测带宽,分别对天线臂长为10、50、150 m的偶极子天线及一种作为对比的178 m的蝶形天线（Bowtie antenna）进行了实验及理论研究。结果显示其探测带宽随天线臂长增加而减小,与微波天线理论一致。进一步的,采用商用电磁场数值仿真软件进行建模仿真,仿真结果与理论及实验结果具有很好的一致性,证实数值仿真已在很大程度上模拟出实际天线的特性,从而为优化结构参数制作大宽带和高灵敏度的太赫兹天线提供支持。同时,对超半球硅衬底透镜对天线接收频谱的影响也进行了探讨。     

金纳米棒结构太赫兹光电导天线设计

由于光电导天线的太赫兹(Terahertz THz)辐射效率较低,根据光电导天线设计原理设计了一种新的光电导天线结构,该结构在蝶形光电导天线电极间隙处增添了金纳米棒阵列,阵列按正三角形排列,通过时域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)对所提结构和蝶形光电导天线结构进行仿真模拟。模拟结果表明此结构与蝶形光电导天线相比,光吸收率提高了269%,电场强度提高了985%,光电流提高了两倍。研究结果为实现太赫兹光电导天线的高功率转换效率提供了一种有前景的方法。     

光电导太赫兹天线及其研究进展

太赫兹科学技术是一门新学科,其关键技术是太赫兹波的产生。光电导天线是目前产生宽频带太赫兹波最重要的方法之一。光电导天线的几何结构对提高天线在太赫兹频段的效率、方向性、带宽等都非常重要。因此有必要对光电导太赫兹天线的各种几何结构和国内外研究进展做较为全面的评述,对其中存在的问题和解决思路进行分析,对未来研究发展的方向进行探讨。     

改进光电导太赫兹天线输出功率与方向的研究

光电导天线被广泛用于太赫兹波的产生,但是产生的太赫兹功率较低,方向性差。为了改进光电导太赫兹天线输出功率与方向,研究了不同基底厚度对光电导天线辐射功率的影响,其仿真结果表明:辐射功率受基底厚度影响明显,大部分辐射功率进入基底的一侧而不是自由空间,厚度薄的基底更能辐射出较大的功率。为了提高光电导天线的方向性,设计出一个加载在光电导天线输出端的锥形喇叭天线结构,仿真得到该喇叭天线的方向性为20.7dBi,这表明可以通过加载锥形喇叭,在期望的方向上获得较高的太赫兹波功率。     

光电导太赫兹天线效率参数的讨论

光电导天线是产生太赫兹波最常用的器件之一,但是目前它面临的主要问题是天线效率很低,难以获得高功率的太赫兹波.为了提高其输出功率和效率,介绍了计算光电导天线效率的公式,讨论了影响光电导天线光-太赫兹转换效率的参数:与激光源相关的参数如激光强度、脉冲宽度、激励光斑尺寸及位置;与光电导天线相关的参数如偏压电场、天线材料和几何结构、天线暗电阻率、基底材料等.这对光电导太赫兹天线的分析与设计也是大有裨益的.     

用光电导天线产生太赫兹电磁波的饱和效应研究

根据半导体光电子学理论,分析了光注入非平衡载流子(电子-空穴对)的瞬态输运机理,研究了不同条件下的SI-GaAs光电导偶极天线太赫兹波辐射功率和辐射强度的饱和效应.结果表明其主要原因是在外加偏置电场作用下,光注入载流子出现了空间电荷电场屏蔽和辐射电场屏蔽现象,对提高太赫兹波辐射功率和辐射强度起到了遏制作用.对于电极间隙大小不同的天线,两种屏蔽效应的作用不同;在触发光能一定的情况下,照射光斑较大时屏蔽效应较小.     

偏振可调的太赫兹光电导天线设计北大核心

提出了一种偏振可调的太赫兹光电导天线,其结构由四个弧形金属电极、低温砷化镓衬底和氮化硅抗反射涂层构成。通过对光电导天线的工作原理分析,可以发现弧形金属电极结构决定天线的辐射偏振,且衬底的载流子迁移率、载流子寿命和衬底材料对激光的吸收直接影响天线的辐射特性。利用COMSOL软件对该光电导天线进行建模仿真,其结果表明该光电导天线可以在45°方向倍增地辐射线偏振太赫兹波,且辐射强度相较于常规光电导天线提高了30%,辐射带宽高达10 THz。所设计太赫兹光电导天线具有偏振可调、结构简单和易于加工等特点,在太赫兹光谱检测领域具有广阔的应用前景。     

小孔径蝴蝶型光电导天线太赫兹辐射源的研究

研究了5种小孔径光电导天线的太赫兹发射特性,并且对它们所发射的太赫兹波进行了对比,为研制高效率的太赫兹波发射源提供了参考依据。利用太赫兹时域光谱技术测量了光电导天线发射的太赫兹（THz）脉冲,得到了时域发射光谱,并通过快速傅里叶变换得到相应的频域光谱。结果表明,太赫兹信号强度随偏置电压的增大而增强;随着泵浦激光功率的增大而增强并出现饱和现象。偏置电压与泵浦激光功率相同时,我们对比5种光电导天线产生的太赫兹信号,从中找到了一种发射效率较高的小孔径光电导天线,并且研究了电极形状、电极间距对光电导天线发射效率的     

光电导THz源及其研究进展

THz科学技术是近20年来发展起来的一门新学科,其关键技术是THz波的产生和探测。本文介绍了光电导THz源的辐射原理和本领域的研究进展等,并简要分析了今后的发展方向。     

大间隙GaAs光导天线的太赫兹辐射频谱特性

从麦克斯韦方程出发,采用电涌模型对用飞秒激光触发大间隙光导天线产生的太赫兹脉冲远场辐射特性进行研究。文章分析了大间隙GaAs光电导天线的天线电极形状和参数、天线间隙对产生的THz脉冲频谱特性的影响。用制作不同间隙、天线形状的光导天线进行产生THz辐射的实验,仿真实验结果表明:大间隙光导天线的带宽为0.1 THz～2 THz,不同的电极形状主要影响1 THz～2 THz频段内的THz信号幅值;间隙更小的光导天线的频谱带宽稍宽,而且在1 THz以上的高频段信号略高一些。     

THz antennas design,developments, challenges,and applications: A review

Terahertz (0.1–10 THz) wireless communication will be the future technology to reach a top-notch data rate. THz is one of the most promising candidates for 6G systems because it provides enormous bandwidth, up to 100 GHz, and a massive data rate of up to 1 Tbps. THz antennas, antenna arrays, and MIMO antenna arrays in 6G are hot research topics for implementing 6G wireless communication systems. The 6G aims to continue to enhance the features of the 5G as it is capable of achieving the maximum high-speed data rate, excellent reliable communication, massive connectivity, and very low latency connectivity. The 6G requirements need high-gain antenna arrays and MIMO antenna arrays to combat the effect of atmospheric losses in high frequencies. An in-depth discussion of the planar THz antennas that have been extensively used in THz applications like imaging, sensing, and Internet-of-Things (IoT) has been conducted. The study of the THz antennas, antenna arrays, and MIMO antennas on different conducting materials such as copper and graphene, which are designed on different dielectric substrates such as polyimide, quartz, liquid crystalline polymer, and polytetrafluoroethylene, has been carried out in detail. Metamaterial, photoconductive, plasmonic antennas, and THz beamforming are significant parts of THz communications. This paper also provides antennas and antenna arrays based on them.     

基于FDTD的太赫兹光导天线三维辐射特性计算方法

光导天线是目前产生和探测太赫兹波最常用的辐射源之一,在太赫兹成像、光谱检测等诸多领域有着广泛的应用前景。本文介绍了基于时域有限差分(FDTD)的太赫兹光导天线三维辐射特性计算方法,在分析光导天线辐射原理的基础上阐述了半导体漂移电流、扩散电流对电场及磁场的作用,并根据实际运用情况对漂移方程、连续性方程进行简化,最终求得电流密度、电场、磁场的迭代方程,给出了光导天线辐射特性计算流程。     

THz辐射大气传输研究和展望

THz辐射在大气中的传输特性是THz波空间通信、大气科学及遥感检测等空间应用的基础,掌握不同温度、高度、湿度和压力等条件下THz频段大气透过率窗口的位置和宽度对于促进该频段的应用具有重要意义。本文分析了THz辐射大气传输的研究概况,包括大气传输的基本原理,辐射传输方程的推导以及对各类THz辐射大气传输模型的比较,并指出尚待解决的问题,最后对THz辐射大气传输研究给出若干建议和展望。     

太赫兹连续波DCN激光器的实验研究

介绍了运行在1.54THz(195μm)和1.58THz(190μm)的波导型辉光放电激励的大功率连续波DCN激光器的开发和研制工作.该激光器的谐振腔长3.4m,放电长度3m,谐振腔由耐热玻璃制成,直径54mm.谐振腔一端为平面反射镜,一端为金属栅网.工作气体为N2,CD4和He(或D2)的混合气体,在1.54THz的连续激光输出功率大于0.2W.实验中对放电电流、激光管温度、气压等参数进行了优化,研究了EH11模DCN激光在自由空间的传输特性.研究表明,利用新的N2,CD4和D2混合气体的太赫兹DCN激光器可以得到稳定连续的高功率放电.光束传输远场满足高斯分布(z>4m),对各种参数进行优化后,190μm和195μm窗口处输出EH11模功率分别为0.15W和0.16W,可以满足超导托卡马克连续运行的干涉测量的需要.     

THz射线产生技术及应用最新进展

THz电磁脉冲是由超短激光脉冲选通半导体光导开关后产生的超宽频带电磁辐射,在很多基础研究领域、工业应用领域以及军事领域中有相当重要的应用。作者就THz电磁脉冲的产生技术、探测技术作了较全面的评述。对其若干重要应用研究成果包括THz时域光谱技术(TDS)、THz二维成像技术等也进行了分析。     

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。     

大孔径光导天线技术产生太赫兹波的研究

传统的Drude-Lorentz方法只是适用于小孔径光导天线,对于大孔径光导天线,该算式的精确度已经远远不能达到要求。为了深入研究大孔径光导天线技术,在Drude-Lorentz理论的基础上,对光生载流子浓度的计算方法进行了改进,修正了其两个假设条件带来的误差,使之适合大孔径光导天线模拟计算。结果表明,改进的计算模型完全可以对大孔径光导天线进行模拟,并在此基础上分析计算了不同条件下大孔径光导天线的太赫兹辐射场及其频谱的变化,证明了这种新的计算模型可以满足大孔径光导天线太赫兹源的模拟计算的要求。