针对太赫兹波段介电参数测量的宽带准光系统

该文针对太赫兹波段材料的介电参数提取的需求,利用准光学技术设计了一套宽带介电参数测量系统并讨论了自由空间的介电参数提取方法。通过平面扫描的方法验证了系统电磁传输特性。结果表明,准光系统的近场参数与设计结果相吻合。利用石英硼化玻璃和水样品进行了测试,并利用数值方法对介电参数进行提取。测试结果表明,利用准光方法测试所得到的介电参数与典型值相吻合,进一步验证了该方法的有效性。      

太赫兹介电谱与组分含量的关系分析及应用

研究了固体有机样品的太赫兹介电谱与组分体积含量之间的关系。通过分析有效介质理论中的CRI（Complex Refractive Index）模型,得到样品的介电参数与组分体积含量的关系式。利用太赫兹时域光谱技术测得室温下两种氨基酸样品在0.5～2.7 THz的介电性质,样品的折射率、介电系数及介电损耗均随氨基酸体积含量增加而增大。选取氨基酸介电损耗谱特征峰位处的介电参数,根据CRI模型进行拟合,得到折射率与体积含量的线性关系式,介电系数和介电损耗与体积含量的二次函数关系式。研究结果有利于扩展太赫兹波段的定性定量分析手段,并对聚合物基复合材料制备有一定参考意义。     

微米镍粉在太赫兹波段的Mie散射特性研究

为研究微米镍粉对太赫兹波的屏蔽效果,本文运用Mie氏散射理论,数值计算了微米镍粉在太赫兹波段的散射特性。研究获得了光学截面与粒子半径和入射波长、散射强度与散射角和粒子尺寸参数x的关系曲线。结果表明,微米镍粉在太赫兹波段的消光作用以散射为主;粒径对镍粉的消光效果有很大影响,可以通过控制粒径来设计具有太赫兹屏蔽效果的材料。随粒径的增大,消光截面先增加再振荡降低最终趋近于一定值;粒径越小散射强度越低且散射光强集中分布在散射角较小的范围内。     

光子晶体光纤及其在太赫兹波段的应用

太赫兹(Terahertz, THz)技术作为一项非常重要的交叉前沿学科,给环境检测、生物医学、空间通信等领域带来了深远的影响,但因为THz波导传输性能的影响,THz技术综合发展仍然受到一定限制。光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber, PCF)作为一种新型THz波导,拥有无限单模特性、色散灵活可调、可控的非线性、高双折射等特性,极大的促进了THz技术的发展。首先根据PCF的结构特点总结了实芯PCF(Solid Core PCF, SC-PCF)和空芯PCF(Hollow Core PCF, HC-PCF)各自的发展历程、导光机理和光学特性;其次,梳理了用于THz波导的PCF存在的问题以及对应的解决方法;然后,着重介绍了PCF在THz时域光谱、THz传输与通信以及THz光纤耦合传感中的应用;最后,对PCF在THz技术的应用做了总结与展望。     

DMSO掺杂PEDOT:PSS薄膜太赫兹波段介电性能研究

导电聚合物材料聚（3，4-乙撑二氧噻吩）:聚（4-苯乙烯磺酸盐）（PEDOT:PSS）是一种在太赫兹波段很有潜力的多功能材料，PEDOT:PSS薄膜的介电性能可以通过掺杂有机溶剂二甲基亚砜（DMSO）来改变.文中利用太赫兹时域光谱（terahertz time-domain spectroscopy，THz-TDS）技术对DMSO掺杂PEDOT:PSS薄膜在太赫兹波段的介电常数进行研究，结合Drude-Smith模型计算了DMSO掺杂PEDOT:PSS薄膜的载流子浓度和载流子迁移率，全面分析了DMSO掺杂PEDOT:PSS薄膜的介电性能.研究表明:薄膜的介电性能可以通过调节掺杂量而改变，当掺杂浓度提高至15 vol%时，薄膜表现出金属特征，而未掺杂和低掺杂浓度的薄膜仍然表现半导体特征.     

太赫兹波段信号在雾中的传输特性研究

太赫兹（THz）波提供的通信带宽和容量远大于毫米波。与可见光和红外光相比,THz脉冲的波长较长,在随机介质中传播时,不但会发生时域和空域的形变,介质中的粒子还会对入射波发生散射,这些都会使得脉冲信号发生衰减。根据Mie理论与随机离散分布粒子的波传播与散射理论,计算了THz波信号入射下雾滴粒子的消光系数,分析了不同THz波波长下,雾滴粒子消光系数随粒子尺寸的变化。结合雾滴粒子谱分布,考虑粒子群的平均体系散射特性,得到了不同波长下的平均反照率与相函数。最后分析了THz波段信号在不同能见度雾中的传输特性。结果表明:大气环境中,雾对THz波产生的吸收和衰减不容忽视,不同THz信号的水的折射率虚部的变化严重影响了THz信号在雾中的传输。     

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。     

角反射器在太赫兹波段的散射特性研究

太赫兹雷达散射特性的研究对于目标识别、跟踪以及截获有重要意义.设计了0.22 THz频率步进雷达散射截面(Radar Cross section,RCS)测量系统,提出了针对频率步进太赫兹雷达信号体制下,角反射器RCS的提取方法.采用实验与仿真相结合的方式,得到了单个角反射器和角反射器组在4°范围内的太赫兹雷达散射截面.结果表明,角反射器类目标的RCS实验测量结果与理论计算结果在误差范围内一致性较好,为进一步精确测量目标在太赫兹波段的散射特性奠定了研究基础.     

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。     

砷化镓类半导体材料在太赫兹波段的透射特性研究

首先给 出了利用光电导天线产生的太赫兹波的时域和频域光谱,进而,基于搭建的太赫 兹时域光谱系统, 并采用透射光谱法分别测量了砷化镓类型的三种半导体材料在太赫兹波段的透过率。结果表 明,基于光电导 天线产生的太赫兹波在0~2THz范围内,光谱比较稳定,频率带宽比 较宽;砷化镓半导体材料在0~2.0THz 范围内的透过率的变化相对较小,具有较高的透过率(>60%),并且 明显优于碲化锌以及碲化镉半导体 材料在太赫兹波段的透过率。因此,相比于碲化锌以及碲化镉半导体材料而言,砷化镓半导 体材料更适用于设计宽频带的太赫兹功能器件。     

基于太赫兹时域光谱的SBN:Ce陶瓷介电的光调制特性

在室温条件下,基于太赫兹时域频谱(THz-TDS)技术研究了SBN:Ce陶瓷在532 nm连续激光激发下的介电响应.在外加光场的作用下,该陶瓷的介电常数表现出良好的调制特性,介电改变量达到8.5%;同时,介电损耗增加了15%.实验结果表明,该材料折射率的变化|Δn|与外加光场强度呈现线性关系.通过建立模型,分析了SBN:Ce陶瓷的光-铁电机理,这些实验结果可以被归结为,激发的自由载流子在样品内部形成的内建电场导致的介电常数改变.探索铁电陶瓷材料在太赫兹波段的光-铁电性质对于太赫兹波调制器件的研究具有指导意义.     

基于介质透镜的太赫兹引信天线技术

介绍了太赫兹频段引信天线的优缺点与背景需求。为实现太赫兹频段引信天线工程应用,分析了介质透镜天线在太赫兹频段的工作原理及应用特点,采用H面喇叭嵌装介质透镜天线形成太赫兹频段引信天线,可以有效缩短H面喇叭天线的纵向尺寸。并利用透镜的偏焦技术形成不同波束倾角的引信天线,对不同波束倾角的太赫兹引信天线进行了仿真计算,仿真计算结果验证了该技术方案的可行性。     

基于介质超材料的太赫兹偏振和相位控制

采用基于介质高阻硅超材料,设计了太赫兹(TH z)波段高效率(>64%)宽带的偏振转换器,并介 绍了利用该器件控制相位的方法。采用8个不同尺寸的介质微结构作为控制相 位的基本单元, 通过恰当地排布它们的空间位置,设计了一个高效率、超宽带的THz波异常偏折 器,其有效工 作带宽范围为0.75～1.50THz,在1.25THz处 效率最高可达70%以上,且偏折角度与频率相关, 符合广义斯涅尔定律的描述。实验中,采用了自主搭建的角度分辨的光纤化THz时域 频谱系统对设计的 器件进行了表征,实验结果和仿真模拟及理论预测结果非常吻合。这种基于介质超材料的方 法,克服了传 统金属超材料中欧姆损耗的问题,且设计简单,加工方便。     

天然硫化橡胶热氧老化中太赫兹介电谱

天然橡胶制品的老化是其使用中普遍存在的现象,老化的本质是材料本身存在缺陷而容易被外部因素影响。介电谱是表征电介质对电磁波频率或温度的依赖关系,是微观极化的一种宏观体现。参照橡胶热空气老化标准GB/T3512-2014,对天然硫化橡胶在100℃实验箱中进行了1 000余小时热氧实验,研究样品的太赫兹介电谱随老化时间的变化关系。通过跟踪测试,获取了橡胶每24 h在0.2~1.2 THz的复介电常数和损耗角正切值有效数据,根据复介电常数数值可以推导橡胶的极化特点和统计性的微观运动类型,进而分析用太赫兹介电谱表征的天然硫化胶热氧老化过程中分子结构变化和相互的对应关系。由于材料老化的相通性,该结果对研究其他高分子材料的老化也能起到积极的意义。     

Advantages and limitations of MgO as a dielectric for GaN

MgO and Sc₂O₃ were deposited by gas source molecular beam epitaxy on GaN. MgO was found to produce lower interface state densities than Sc₂O₃, 2–3 × 10¹¹ vs. 9–11 × 10¹¹ eV⁻¹ cm⁻². The good electrical quality of the interface is believed to be due to the presence of a single crystal epitaxial layer at the GaN surface. By contrast, the MgO was found to be more sensitive to environmental and thermal degradation than the Sc₂O₃. The environmental degradation is believed to be due to interaction with water vapor in the air and was suppressed by capping of the MgO. Annealing at the temperatures needed for implant activation in GaN produced significant roughening of the MgO/GaN interface and an order of magnitude increase in the interface state density. This sensitivity to thermal degradation will require changes in the processing sequence presently envisioned for e-mode devices in order to avoid damaging the interface and increasing the gate leakage in the device.     

Photoelectric properties of porous and single-crystal silicon heterocontacts

The polarization photosensitivity of a heterocontact of porous and single-crystal silicon is experimentally investigated. A maximum in the photosensitivity is observed at ∼1 mA/W at energies in the range 1.2–2.3 eV, when linearly polarized light is obliquely incident on the surface of the porous-silicon layer. The photopleochroism of these heterostructures depends on the angle of incidence θ, varies roughly as ∼θ², and reaches the maximum value of ∼32% at θ⋍80°. Oscillations due to interference of natural and linearly polarized light in the porous-silicon layers are observed in the photocurrent and the photopleochroism of these structures. Heterostructures consisting of a layer of porous silicon on a silicon single crystal can find application as photoconverters of natural and linearly polarized light. Fiz. Tekh. Poluprovodn. 31, 309–312 (February 1997)     

Terahertz dielectric characterisation of polymethacrylimide rigid foam: the perfect sheer plate?

Terahertz time-domain spectroscopy measurements have been performed to characterise polymethacrylimide rigid foam in the 0.1-2 THz range. The authors found remarkably low permittivity (/spl sim/1.03) and dielectric loss tangent (<0.5%) for thicknesses ranging from 3 to 15 mm with weak frequency dependence, making this material very promising for THz applications.     

金属开口谐振环结构的太赫兹波吸收特性

太赫兹调制器、滤波器、吸收器是太赫兹波应用领域的关键器件,而金属开口谐振环是这些器件的常用结构。通过仿真及实验的手段,系统地比较了不同亚波长金属开口谐振环结构的太赫兹波吸收特性。设计并制备两种不同形式的亚波长金属谐振环,利用时域有限差分（FDTD）的模拟方法与光泵浦太赫兹探测（OPTP）的实验方法,分析了电磁波入射谐振环时,TM与TE模式下的太赫兹透射特性。发现在TM模式下,吸收峰峰值均反比于谐振环的等效电容值与等效电感值。而在TE模式下,由于偶极子振荡长度相同导致了两种谐振环吸收峰峰值相近。此外,改变外部光激励条件时实验结果表明TM模式下,单开口环比双开口环对光激励更敏感:泵浦光功率为5 mW相比无泵浦光时,单开口环透射率增加了80%,而双开口环透射率仅增加了43%。     

High-quality single-crystal CdSe nanoribbons and their optical properties

Large-scale synthesis of single-crystal CdSe nanoribbons is achieved by a modified thermal evaporation method, in which two-step-thermal-evaporation is used to control CdSe sources＇ evaporation. The synthesized CdSe nanoribbons are usually several micrometers in width, 50 nm in thickness, and tens to several hundred micrometers in length. Studies have shown that high-quality CdSe nanoribbons with regular shapes can be obtained by this method. Room-temperature photolumines-cence indicates that the lasing emission at 710 nm has been observed under optical pumping （266 nm） at power densities of 25-153 kW/cm^2. The full width half maximum （FWHM） of the lasing mode is 0.67 nm     

High-quality single-crystal CdSe nanoribbons and their optical properties

Large-scale synthesis of single-crystal CdSe nanoribbons is achieved by a modified thermal evaporation method,in which two-step-thermal-evaporation is used to control CdSe sources' evaporation. The synthesized CdSe nanoribbons are usually several micrometers in width,50 nm in thickness,and tens to several hundred micrometers in length. Studies have shown that high-quality CdSe nanoribbons with regular shapes can be obtained by this method. Room-temperature photoluminescence indicates that the lasing emission at 710 nm has been observed under optical pumping(266 nm) at power densities of 25-153 kW/cm2. The full width half maximum(FWHM) of the lasing mode is 0.67 nm