高温超导约瑟夫森结太赫兹混频系统

在小型脉冲管制冷机（工作温度约60 K）上搭建了高温超导约瑟夫森结太赫兹谐波混频系统,并采取了一系列措施增强结与太赫兹波的耦合。所采取的措施主要有：研究不同基片对结的影响并最终选择MgO做为双晶结基片,设计平面周期对数天线,同时使用一个超半球硅透镜和两个离轴抛物面反射镜组成准光学系统。最终成功在小型脉冲管制冷机中获得结对623 GHz太赫兹波的响应,并且成功进行24次谐波混频实验。     

高温超导约瑟夫森结太赫兹混频系统

在小型脉冲管制冷机（工作温度约60 K）上搭建了高温超导约瑟夫森结太赫兹谐波混频系统,并采取了一系列措施增强结与太赫兹波的耦合。所采取的措施主要有:研究不同基片对结的影响并最终选择MgO做为双晶结基片,设计平面周期对数天线,同时使用一个超半球硅透镜和两个离轴抛物面反射镜组成准光学系统。最终成功在小型脉冲管制冷机中获得结对623 GHz太赫兹波的响应,并且成功进行24次谐波混频实验。     

太赫兹GaAs肖特基混频二极管高频特性分析

在太赫兹波段,存在几种新的高频效应会限制混频二极管的高频特性.应用热电子发射理论和隧道理论,研究了外延层肖特基二极管的高频特性,并以截止频率为品质因数对二极管进行优化设计.研究表明,当二极管工作频率大于等离子频率时,二极管相当于一个电容,失去了混频性能;提高基底掺杂浓度可以减小基底等离子共振效应;外延层等离子频率非常重要并且在研究外延层等离子共振效应时必须考虑传输时间效应;减小阳极直径、减小外延层厚度、提高外延层掺杂浓度可以提高二极管的工作频率.这对太赫兹波段室温混频器件的研制具有重要的参考价值.     

高温超导太赫兹辐射源与检测器

利用超导约瑟夫森器件中的约瑟夫森效应,超导材料可用于制备太赫兹辐射源和高灵敏的检测器。由于高温超导材料的能隙较高,因此用高温超导材料制备的太赫兹辐射源与检测器具有工作频率广、工作温度高等优点。文章将简要介绍南京大学超导电子学研究所在高温超导双晶晶界约瑟夫森结检测器和高温超导本征约瑟夫森结太赫兹辐射源等方面的工作进展。     

高温超导YBCO双晶结毫米波谐波混频的实验研究

我们采用氧化锆双晶衬底制备了ＹＢａＣｕＯ双晶结,测量了其电流电压特性,采用液氮制冷和小型脉冲管制冷机分别实现了毫米波谐波混频实验．通过实验结果的初步讨论和比较,我们对系统的微波耦合和噪声抑制提出了改进方案     

基于四波混频效应的窄带太赫兹波源

采用频率差在太赫兹范围的双波长激光器进行泵浦,利用光纤的四波混频效应,得到结构紧凑、频率可调的窄带太赫兹波源。为减小光纤材料对太赫兹波的吸收,采用了表面发射机制。从耦合波理论出发,详细分析了保偏光纤中的四波混频过程,得到了太赫兹波输出功率的解析表达式,并讨论了实现相位匹配的条件。结果表明,太赫兹波功率与泵浦光功率和光纤长度成正比,与太赫兹波长的3次方成反比。当泵浦光峰值功率为1 kW,在6 THz处得到的太赫兹波峰值功率达350 mW,功率转换效率约为0.01%。通过合理设置泵浦波长,可以实现太赫兹辐射在3～8 THz 范围内连续调谐。该方案提供了一种新型的高功率、紧凑型的窄带太赫兹辐射源。     

基于四波混频效应的窄带太赫兹波源

采用频率差在太赫兹范围的双波长激光器进行泵浦,利用光纤的四波混频效应,得到结构紧凑、频率可调的窄带太赫兹波源。为减小光纤材料对太赫兹波的吸收,采用了表面发射机制。从耦合波理论出发,详细分析了保偏光纤中的四波混频过程,得到了太赫兹波输出功率的解析表达式,并讨论了实现相位匹配的条件。结果表明,太赫兹波功率与泵浦光功率和光纤长度成正比,与太赫兹波长的3次方成反比。当泵浦光峰值功率为1 kW,在6 THz处得到的太赫兹波峰值功率达350 mW,功率转换效率约为0.01%。通过合理设置泵浦波长,可以实现太赫兹辐射在3~8 THz范围内连续调谐。该方案提供了一种新型的高功率、紧凑型的窄带太赫兹辐射源。     

卟啉化合物太赫兹光谱特性研究

用化学方法合成了四苯基卟啉（TPP）、四苯基卟啉乙酸合锰（TPPMn）、四对羟基苯基卟啉（THPP）,并用太赫兹时域光谱技术研究了室温条件下这三种化合物的光谱特征,得到了各自的时域谱和透射谱。结果表明不同的卟啉化合物在太赫兹波段有不同的吸收,四苯基卟啉与四苯基卟啉乙酸合锰透射峰的位置相同,可能由于金属原予在大分子环内部配位,对分子的振动模式无影响,只是增强了物质对THz的吸收。通过比较样品的透射谱,讨论了卟啉分子结构与THz光谱吸收的关系。     

太赫兹大气传输特性实验研究

太赫兹在高速率通信、高分辨力雷达等方面具有广阔的应用前景,而对太赫兹辐射的大气传输特性及其规律进行系统的理论与实验研究则是发展利用该频谱资源的基础条件。对大气作用于太赫兹频段电磁辐射的吸收衰减进行了实验测试研究。通过双光路的差分系统设计,尽可能地减小太赫兹辐射源输出功率不稳定性所产生的系统误差,完成大气模拟环境下太赫兹波段多个频点传输的功率变化测定,以探索大气环境对不同频段THz波衰减的规律性;同时,建立太赫兹大气传输特性动态数据库对海量大气环境数据进行有效地分析,为实验数据处理及理论研究提供支持。收稿日期:; 修订日期:     

太赫兹波衍射特性的研究

利用不同宽度的衍射屏对太赫兹波的衍射特性做了分析与探究.根据太赫兹波衍射特性,将衍射屏的宽度变化划分为三个阶段.由太赫兹时域波形的时间延迟和峰值振幅参数可直观地反映出每一阶段中太赫兹波直边衍射后光程变化和光强分布规律.本实验既可作为课堂内关于光的衍射知识的延伸,又可作为衍射理论与实际相结合的例子在物理教学中应用.     

太赫兹大气传输特性实验研究

太赫兹在高速率通信、高分辨力雷达等方面具有广阔的应用前景,而对太赫兹辐射的大气传输特性及其规律进行系统的理论与实验研究则是发展利用该频谱资源的基础条件。对大气作用于太赫兹频段电磁辐射的吸收衰减进行了实验测试研究。通过双光路的差分系统设计,尽可能地减小太赫兹辐射源输出功率不稳定性所产生的系统误差,完成大气模拟环境下太赫兹波段多个频点传输的功率变化测定,以探索大气环境对不同频段THz波衰减的规律性;同时,建立太赫兹大气传输特性动态数据库对海量大气环境数据进行有效地分析,为实验数据处理及理论研究提供支持。收稿日期:; 修订日期:     

超导太赫兹天线耦合微测辐射热检测器

超导太赫兹天线耦合微测辐射热检测器具备探测频段宽、响应速度快、灵敏度高、易于阵列化等特点因而具备广阔的应用前景.本文的主要工作是设计并微纳加工出基于氮化铌薄膜的超导器件,针对所制备器件的关键参数进行了表征.测试结果显示,当浴冷温度为4 K时,器件响应时间为4μs,噪声等效功率达到30 fW/Hz^0.5.基于所制备的器件进行了陶瓷刀被动扫描成像实验并取得了良好的成像效果.     

太赫兹波光谱特性分析

目前太赫兹技术的研究主要集中在它的产生、探测机理研究上。由于太赫兹波处于微波和可见光之间的频率范围,已有的微波和光波理论是否能适用于太赫兹波或者具有某些共同的特性仍需实验验证。通过实验分析验证了太赫兹波在空气介质中在垂直于传播方向的平面内场振幅是服从高斯函数分布的,测量给出了太赫兹波的能量分布图。根据测试数据推导出太赫兹波在空气介质中能量衰减公式,利用法布里-珀罗(F-P)干涉仪原理设计出太赫兹波长仪,对美国Corehent公司SIFIR-50THz太赫兹激光器发射的1～3THz波长进行了测量。讨论分析了远场发射角、光束入射角度、机械振动、温度波动和折射率n波动等相关因素对测量精度的影响。     

环氧树脂胶的太赫兹光谱特性研究

环氧树脂是纤维增强复合材料加工中的一种重要的胶粘剂,太赫兹时域光谱技术已成为纤维增强复合材料无损检测的有力补充手段。固化温度是环氧树脂的重要参数之一,不同的固化温度会影响环氧树脂胶的性能,因此采用太赫兹时域光谱技术分别对室温和高温下固化的环氧树脂胶的太赫兹透射光谱特性进行了系统研究,计算得到了不同温度下固化的环氧树脂胶的折射率和吸收系数,并进行了对比分析。研究表明,由于室温下固化的环氧树脂样本基本没有气泡,而高温下固化的样本存在微量气泡,气泡的存在降低了样品的密度,因此室温下固化的环氧树脂胶样品的折射率和吸收系数均大于高温下固化的样品。在同种固化条件下制备的不同样品间折射率差别较小,同时,室温下固化不同样品间的吸收系数差别亦较小,但高温下固化样品间的吸收系数在0.6～1.5 THz差别逐渐变大,这主要是因为高温下制备的不同样本间的气泡分布不均匀,即密度分布存在差异。室温和高温下固化样品的吸收系数在整体上均随着频率的增加而增加,并且没有明显的吸收峰。此外,由于法布里-珀罗干涉效应的存在,导致有些厚环氧树脂样本的能量透过率在共振峰处要远大于薄样本。该研究对纤维增强复合材料的太赫兹无损检测具有重要的研究意义。     

低温液态水的太赫兹吸收特性研究

太赫兹波的光子能量只有毫电子伏特,远低于各种化学键的键能,因此不会和生物组织发生有害的电离反应;另一方面,由于大部分生物分子转动和振动所具有的特征能量都在太赫兹范围内,所以利用太赫兹波可以对生物分子进行识别。水是生物环境中最重要的液体,生物分子与液态水之间的相互作用决定了其生物活性,因此研究液态水的太赫兹特性就显得十分重要。水作为极性液体,其中的偶极分子-偶极分子间的相互作用和极性分子间的氢键会对太赫兹波产生较大的吸收作用,这就使利用太赫兹技术研究液体环境下的生物分子动力学特性变得相当困难。微流控技术通过改变微流控芯片中液体通道的深度来控制液体样品的厚度,以减少太赫兹波与液体样品的作用距离,从而使水对太赫兹波的吸收大幅减小。利用对太赫兹波的透过率高达95%的Zeonor 1420R材料和双面胶制作了可重复性使用的夹心式微流控芯片,芯片上液体通道的长度、宽度、深度分别为2 cm,5 mm和50 μm。另外,设计制作了一个制冷系统,由制冷片、散热模块、温度传感器、保温箱和温度控制器构成,该制冷系统可以对保温箱的内部环境制冷并在一定程度上保持恒温。在实验过程中,将注满水的微流控芯片置于保温箱中,利用制冷系统对微流控芯片中的水进行制冷处理,从8～-3 ℃每隔1 ℃进行一次太赫兹透射测量,通过对实验数据的分析,发现随着温度降低,水的太赫兹透过率不断增大,说明水对太赫兹波的吸收随着温度的降低而降低。此结果为将来在不同低温环境下利用微流控技术研究液体样品的太赫兹吸收特性打下了基础,为太赫兹在生物领域的应用与发展提供了技术支持。     

电解质溶液的太赫兹透射特性研究

许多生物大分子的振动和转动能级都在太赫兹波段,且太赫兹波具有光子能量低,峰值功率高的特点,因此用太赫兹技术进行检测,能够从很大程度上保证生物分子不被破坏.然而,大部分的生物分子只有在水溶液中才能保持其生物活性,且水是极性分子,对太赫兹波有强烈的吸收,因此使用常规的太赫兹技术检测水溶液中生物样品的特性存在一定困难.设计了...     

布料的太赫兹波透射特性研究

为获得太赫兹波对常见衣物布料的穿透特性,基于布料的物理结构以及太赫兹波传输的影响因素,建立了常见布料的太赫兹波传输模型,计算获得了不同相对湿度条件下典型太赫兹波长对布料的透过率。随后,利用太赫兹时域光谱系统对棉质布料样品进行透射实验测试,获得了布料在0.1~2 THz范围内不同相对湿度条件下的透过率。通过理论计算结果与实验测试结果的对比分析,验证了该传输模型的有效性,获得了太赫兹波对常见棉质布料的穿透特性。此外,在30%相对湿度条件下,实验研究了多层棉质布料的太赫兹透射特性。研究结果表明,在可见光波段"不透明"的衣物布料,利用太赫兹波可实现良好的"透视",但其对布料的穿透特性一定程度上受到环境相对湿度的影响,该研究对于衣物内隐藏危险物品的快速检测具有重要意义。     

应用太赫兹焦平面成像方法研究氧化镁晶体在太赫兹波段的双折射特性

高效可集成太赫兹波片和偏振片是重要的太赫兹光学元器件.由传统的石英晶体及液晶等材料制作的太赫兹波片和偏振片由于其对太赫兹光响应度低并难于集成而难以应用于太赫兹集成光学领域.为了寻找用以制备高效可集成太赫兹偏振元件的材料,本工作应用太赫兹焦平面成像方法研究了晶向的氧化镁晶体对太赫兹波段圆偏振光偏振态的影响.通过实验观察到氧化镁晶体可以使入射的圆偏振光转化成为线偏振光.为了进一步验证氧化镁晶体对太赫兹光相位的影响,还应用透射式太赫兹时域光谱系统测量了氧化镁晶体在太赫兹波段的寻常光和非寻常光的折射率.通过对比氧化镁晶体中寻常光和非寻常光的位相差,证明氧化镁晶体在太赫兹焦平面成像实验中起到了1/4波片的作用.这一结果表明氧化镁晶体是一种制备太赫兹频段可集成波片及其相关偏振器件的重要材料.     

光温双控太赫兹波调制特性研究

基于多频带金属开口谐振环结构,利用GaAs材料的光敏特性和VO₂薄膜的热致相变特性,设计了一种既能实现光控又能实现温控的太赫兹(Terahertz, THz)波调制器,研究了光强和薄膜温度对 THz波调制特性的影响。结果表明,随着光强的增加,谐振频率均出现蓝移且谐振强度减小,当光强达到0.2 μJ·cm-2时,第二个谐振点(0.52 THz)蓝移了0.14 THz,透射幅度增加达50%;随着VO₂温度增加至相变温度以上,THz波透射幅度急剧减小,在0.63 THz处透射幅度减小达45.5%;当光强和温度同时控制时,随着光强和温度的增加,谐振点频率蓝移且谐振点处的THz波透射幅度增加,但在温度超过相变温度后,则温度控制起主导作用。设计的THz波调制器能通过光控和温控实现对THz波的明显调制效果,可为实现多功能的THz波功能器件的设计及应用提供参考。     

太赫兹波段火焰碳黑的光学特性研究

火焰碳黑是碳氢燃料不完全燃烧的重要固体产物,对于一些污染物的生成具有重要影响,其光学特性是光学燃烧诊断的基础。利用太赫兹时域光谱技术研究了0.2～1.6 THz火焰碳黑的光学特性,通过傅里叶变换得到了碳黑的频域光谱,利用定点迭代法获得了太赫兹波段火焰碳黑的复折射率,把太赫兹波段的复折射率与热辐射波段的复折射率进行了比较,此外还对比了两种光学参数提取方法所得到的结果,结果表明,碳黑在太赫兹波段的吸收性较强,其折射率在太赫兹波段与在热辐射波段的差别不是很大,而吸收率在热辐射波段变化更大一些,两种参数提取方法得到的复折射率差别不是很大,研究结果可为太赫兹波技术应用于光学燃烧诊断提供基础性数据,扩展了光学燃烧诊断应用的范围。