一种微波源驱动的超导HEB太赫兹直接检测器北大核心CSCD

本文介绍了一种基于超导氮化铌(NbN)热电子测辐射热计(HEB)的太赫兹(THz)直接检测器,创新性地采用易调控的微波驱动方法,使其偏置在最佳工作点,得到了在4.2K的工作温度下、0.65THz频点的噪声等效功率(NEP)为1.6pW/Hz^(1/2).相比传统加热驱动的方法,微波驱动更易调控,有利于构建阵列读出电路,还可减少功耗等.由于该检测器响应速度快、灵敏度高的特点,有望应用于快速THz成像和脉冲信号检测等系统.     

基于超导HEB的太赫兹脉冲信号检测

本文利用超导氮化铌(NbN)热电子测辐射热计(HEB)结合自行开发的傅里叶变换光谱仪(FTS)来实现太赫兹(THz)脉冲信号的快速直接检测.该检测器采用易调控的微波来驱动超导NbNHEB芯片,使其偏置在直接检测的最佳工作点(测得的噪声等效功率为:8×10~(-12)W/(Hz)~(1/2)).通过与用同样灵敏度的商用低温半导体测辐射热计(Bolometer)测量到的THz量子级联激光器(QCL)辐射谱的结果进行比较,表明我们初步构建的基于超导NbNHEB直接检测器的系统已具有与商用Bolometer检测器同等的性能.     

微波与热偏置下超导HEB太赫兹直接检测器的性能比较

本文介绍了一种基于超导氮化铌(NbN)热电子测辐射热计(HEB)的太赫兹(THz)直接检测器,并利用直流读出法和微波反射读出法,对微波与热偏置下HEB直接检测器的性能进行了比较.通过直流读出法,在最佳工作点处,测得微波偏置与热偏置条件下检测器的电流响应率分别为244A/W和20A/W,光学噪声等效功率(NEP)分别为4.5pW/√Hz和6.8pW/√Hz.相比于热偏置,微波偏置能够大大提高检测器的响应率.此外,我们利用微波反射读出法对微波偏置和热偏置下检测器的性能进行了比较.两种读出方式均可很好的表征检测器的性能,而相比于直流读出法,微波反射读出法更易于扩展到多像素阵列,同时具有很快的读出速度,对快速THz脉冲信号的检测具有重要意义.     

HEB太赫兹混频器使用微波补偿的稳定方法

我们对氮化铌(NbN)热电子测热辐射计(Hot Electron Bolometer,简称:HEB)的太赫兹(Terahertz,简称:THz)混频器的稳定性进行了研究,并探讨了相应的简易稳定方法.我们测量了HEB THz混频器在4.2K温度下使用0.65THz本振源(Local Oscillator,简称:LO)的中频输出.为了稳定混频器的工作点,我们采用了一个具有微波补偿功能的反馈回路.在这个反馈回路里,我们使用的微波补偿频率(10GHz)远远低于NbN HEB混频器的工作频率(0.65THz),以补偿混频器的THz LO功率波动.这使系统的艾伦时间(Allan time)增加到22s以上,从而改善了系统的稳定性.     

四能级系统中相位控制电磁诱导透明研究

提出了一种利用微波场的相对相位调控电磁诱导透明(EIT)光谱特性的方法. 在外加双微波驱动场的准Λ型四能级原子系统中,通过求解系统的密度矩阵方程得到探测场的吸收谱,分析了电磁诱导透明窗口的位置随微波驱动场相位的变化规律,并借助缀饰态理论给出了准确解释. 结果表明,对于确定的作用场强度,调节微波驱动场的相位可实现电磁诱导透明的频率位置及间隔的准确控制. 关键词： 四能级原子系统 电磁诱导透明(EIT) 相位控制 微波场     

THz技术在农产品/食品品质检测中的应用

农产品/食品的质量和品质问题越来越受人们关注。探索实际可行的农产品/食品的无损检测与品质评估技术正在成为研究热点。太赫兹(THz)辐射是位于中红外和微波波段之间的一段电磁波,具有非常重要的科学研究和应用价值。长期以来由于缺乏可行的THz波产生方法与探测手段,该波段相关领域的研究滞缓。THz光谱传感和成像技术是THz波的两个主要应用技术。THz光谱检测技术作为一种新型检测技术能够获得传统检测无法获得的信息。近十几年来,THz波用于来研究固、液、气相等各种物质的光电特性、分子内部振动和组成信息,在生物分析、医疗诊断、安全检测、环境控制等领域,THz技术显示出广阔的应用前景。文章介绍了THz波的主要性质、THz波检测技术的特点,论述了THz技术在农产品、食品质量与品质检测中的最新进展及其应用的潜力。     

全介质光栅在太赫兹波段的光调控特性

采用激光直写技术在100 μm厚的Si衬底上制备了全介质光栅结构, 利用近红外光抽运-太赫兹探测(near infrared pump-Terahertz probe)技术对该全介质光栅在THz波段的光谱响应及其光调控特性进行了测试, 最后结合电磁仿真结果, 对米谐振(Mie resonance)的形成机理和光调控机理进行了解释并对调控光作用下全介质光栅的电导率数值进行了估算. 研究结果表明: 在光栅与THz偏振垂直的情况下, 该全介质光栅在0-1.0 THz范围内有3个典型的米谐振峰且谐振模式各不相同; 随着调控光功率的增加, 3个谐振峰的谐振强度出现了不同程度的减弱, 其中第一个谐振峰的光调控幅度达到50%以上, 调控光作用下米谐振强度的减弱是由于光生载流子对入射THz波的吸收和散射导致了介质光栅内部感生电磁场减弱引起的. 上述工作对全介质超材料在THz波段的共振特性研究和相关光调控器件的研制具有重要参考价值.     

太赫兹实时近场光谱成像研究

太赫兹成像在生物医学领域的应用潜力非常大,针对这个需求,本文设计并搭建了一种利用光整流和波前倾斜技术产生强场太赫兹信号以及基于电光探测的实时太赫兹(terahertz, THz)近场光谱成像系统.该系统可以进行大视场THz成像和紧聚焦THz成像的切换使用,为实现系统集成化应用提供了方法.并且由于成像是基于传统的太赫兹时域光谱方法,可以同时获得样品图像光谱幅度和相位信息,光谱分辨率约15 GHz.利用该系统测量研究了一系列微纳加工的样品,对成像系统的性能进行了分析.结果表明,该实时太赫兹近场光谱成像系统在空间分辨率和成像速度上的优越性,在1024×512的像素下,实时成像帧率高达20 f/s(1200张/min).在大视场THz成像下,空间最优分辨率在1.5 THz达λ/4;在紧聚焦THz成像下,空间最优分辨率在0.82 THz达λ/12,这些性能使该系统在生物医学成像、生物效应等方面具有很好的应用场景.     

基于THz技术的农产品品质无损检测研究

农产品品质备受关注,而由品质变化引发的农产品安全事故频繁,开发农产品品质的快速无损检测技术成为研究热点。太赫兹波(THz)是介于微波与红外之间的电磁辐射,由于其独特的优势,具有重要的科学研究价值。近年来,随着THz辐射源和探测器研究的不断突破,大大丰富了THz的应用研究。与其他检测技术相比,作为一种新型检测技术,THz辐射具有安全和高信噪比等重要特征,能获得传统检测方法无法获得的物理、化学和生物等信息,在质量安全检测与控制、生物医学和通信等领域的应用前景广阔。首先介绍了THz波的概念和主要性质,接着对THz技术在农产品品质检测应用上的研究进展进行综述,分析THz探测技术存在的问题,对THz技术的应用潜力进行展望,最后提出THz技术在储粮品质检测中新的应用和广阔前景。     

光子晶体增强石墨烯THz吸收

研究了光子晶体表面石墨烯在应力赝磁场作用下的太赫兹(THz)吸收.由于应力赝磁场的存在使得石墨烯中电子出现朗道能级并对THz波呈现出一个较强的吸收.而光子晶体和石墨烯形成了表面微腔结构使得石墨烯对THz波的吸收比无光子晶体时增强了将近四倍.且可以通过改变应力赝磁场和间隔层厚度来调控石墨烯的THz吸收.     

硅基VO2纳米薄膜光致绝缘体—金属相变的THz时域频谱研究

利用THz时域频谱技术(THz-TDS)研究了硅基二氧化钒(VO₂)纳米薄膜的光致绝缘体—金属相变特性.在连续光激发下前后,观察到了非常明显的THz透过率变化,并通过薄膜近似计算出了THz波段金属态VO₂薄膜的电导率.根据实验结果建立了金属态VO₂薄膜的等效Drude模型,得到了复电导率,复电容率以及复折射率等相关的基本参数,并通过基于时域有限积分法模拟了THz波穿透硅基金属态VO₂薄膜的过程,验证了所建立的模型的正确 关键词： 二氧化钒 光致相变 Drude模型 THz时域频谱技术     

铁磁异质结构中的超快自旋流调制实现相干太赫兹辐射

利用飞秒激光脉冲在生长于二氧化硅衬底上的W/CoFeB/Pt和Ta/CoFeB/Pt两类铁磁/非磁性金属异质结构中实现高效、宽带的相干THz脉冲辐射.实验中, THz脉冲的相位随外加磁场的反转而反转,表明THz辐射与样品的磁有序密切相关.为了考察三层膜结构THz辐射的物理机制,分别研究了构成三层膜结构的双层异质结构(包括CoFeB/W, CoFeB/Pt和CoFeB/Ta)的THz辐射.实验结果都与逆自旋霍尔效应相符合, W/CoFeB/Pt和Ta/CoFeB/Pt三层膜结构所辐射的THz强度优于同等激发功率下的ZnTe (厚度0.5 mm)晶体.此外,还研究了两款异质结构和ZnTe的THz辐射强度与激发光脉冲能量密度的关系,发现Ta/CoFeB/Pt的饱和能量密度略大于W/CoFeB/Pt的饱和能量密度,表明自旋电子在Ta/CoFeB/Pt中的界面积累效应相对较小.     

ZnTe晶体中光学整流产生的THz辐射及其电光探测研究

借助抽运-探测技术研究了ZnTe晶体中光学整流产生的太赫兹(THz)辐射，利用ZnTe晶体的线性电光效应探测THz辐射场分布，观察到了较窄(约为0.2 ps)的THz场分布及相应较宽(响应超过4 THz，半峰宽约为2.4 THz)的THz频谱，并运用琼斯矩阵对实验结果进行了理论拟合. 研究了飞秒激光脉冲波长(750—850 nm)、脉冲宽度(56—225 fs)和晶体旋转与THz辐射产生的关系. 同时改变探测光偏振方向进行偏振调制，并从理论上分析了偏振调制对THz辐射探测的影响. 关键词： THz辐射 光学整流 电光探测 ZnTe     

二维黑磷对太赫兹波调控特性的理论研究

根据Drude模型在理论上计算了太赫兹(THz)波段二维黑磷(2D BP)在扶手椅方向(X)和锯齿方向(Y)上电导率随频率的色散及吸收.发现2D BP在X和Y两个方向上电导率不同,从而导致了其介电常数的不同,进而可以对不同偏振方向的THz波起到不同的调制作用.利用2D BP对THz波具有偏振依赖的特性,设计了2D BP-SiO2三明治周期结构,通过三维电磁场仿真软件CST Microwave Studio计算了这种结构对THz波的调控特性,研究发现,这种结构对不同偏振方向入射的THz波有不同的吸收;改变结构中底层SiO2层的厚度,结构的吸收率也发生了相应的变化.基于此,研究提出了这种结构对偏振平行于2D BP扶手椅方向和锯齿方向的THz脉冲有最大吸收率差时的底层SiO2层厚度.结果表明这种结构可以用于设计新型结构紧凑的THz吸收器和偏振器.     

光电导开关产生太赫兹电磁波双极特性分析

利用光电导体产生太赫兹电磁波(THz波)，THz远场辐射波形与光电导体材料的载流子寿命、偏置电场以及触发光有直接关系.用不同方法对低温GaAs(LT-GaAs)和半绝缘GaAs(SI-GaAs)光电导开关辐射的THz电磁波所呈现的双极特性进行了模拟计算.结果表明，LT-GaAs光电导开关辐射THz波呈现双极性的主要原因是光生载流子寿命小于一个THz波产生时间；而光生载流子寿命大于100ps的SI-GaAs光电导开关，在不同的实验条件（不同偏置电场、不同光脉冲能量）下，产生的THz波呈现双极特性的主要原因分别是载流子发生了谷间散射和空间电荷电场屏蔽. 关键词： 光电导开关 THz电磁波 载流子寿命 空间电荷屏蔽     

MgF2单晶的THz光谱研究

利用THz时域光谱技术对MgF₂晶体(样品1)和MgF₂：Co晶体(样品2)在0.5—2.5 THz的吸收特性进行了研究.在0.5—2.5 THz波段，样品1吸收系数α(ν)随频率ν增加而增大，最大值为24 cm^-1.样品2的吸收系数比样品1大得多，Co掺杂使晶格吸收带边向低频移动，而且样品2在1.9 THz有吸收峰，吸收系数达到70 cm^-1，由此求出F^--Co²⁺离子键伸缩振动的键力常数K为3.40×10^-2　N/cm.这一结果表明，THz光谱分析有可能成为研究晶体化学键的一种重要手段.利用光学常数之间的关系计算了两个样品在0.5—2.5 THz的介电函数的实部ε₁(ν)，得到样品1的ε₁(ν)值在4.67至4.73之间，样品2的ε₁(ν)值在4.62至5.01之间. 关键词： THz辐射 光谱 2晶体')" href="#">MgF₂晶体     

基于太赫兹量子阱探测器的太赫兹量子级联激光器发射谱研究

采用一个光谱匹配的太赫兹(THz)量子阱探测器(QWP)研究了一激射频率约为41 THz的THz量子级联激光器(QCL)在不同驱动电流下的发射谱,分析了测量得到的发射谱谱型和谱峰位置,根据测量的发射谱估算了太赫兹量子级联激光器发射功率随驱动电流变化的情况,从而得到了THz QCL激射的电流密度范围及其阈值电流密度.文中还研究了THz QWP在不同温度下对THz QCL 激光辐射的响应特性.研究结果表明,THz QWP在表征THz QCL的发射谱方面是一种很好的探测器,并有望成为未来THz通信中的接收装置. 关键词： 太赫兹量子阱探测器 太赫兹量子级联激光器 太赫兹通信 Fourier变换红外光谱     

组氨酸和精氨酸的太赫兹光谱研究

采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)测试和理论模拟相结合的方法，研究了组氨酸和精氨酸在THz波段的光谱特性.THz-TDS测试的有效光谱范围为0.2—2.8 THz，在该波段得到样品的特征吸收峰分别位于0.88，1.64，2.23 THz(组氨酸)和0.99，1.47，2.60 THz(精氨酸)；运用Gaussian03半经验理论PM3和AM1算法，计算了两种分子在0.1—10.0 THz波段的振动吸收谱，结果表明它们在该波段均具有多个特征吸收，其中在0.2—2.8 THz波段的吸收峰位与实验吸收峰位相互对应并且符合较好；给出了与光谱特征吸收对应的分子振转模型，为认识分子对THz波的响应机制提供了帮助，也为分子鉴别及更宽有效光谱区的实验测试研究提供了科学依据. 关键词： 太赫兹(THz) 半经验理论 THz时域光谱 氨基酸     

基于相变材料的慢光和吸收可切换多功能太赫兹超材料

基于相变材料Ge₂Sb₂Te₅(GST)设计了一种太赫兹超材料,在太赫兹波段实现了慢光和吸收功能的切换.该超材料由三部分构成,分别是金环构成的微结构层、SiO₂介质层和GST薄膜.研究结果表明:当GST薄膜处于绝缘态时,由于两个谐振环的电磁诱导透明效应,入射THz光脉冲通过该THz超材料时群速度会减慢,最大群延迟可以达到3.6 ps;当GST薄膜转变为金属态时, THz超材料可实现双波段吸收,在0.365 THz处吸收率可以达到97%,在0.609 THz处吸收率可以实现完美吸收(吸收率100%).另外还研究了该THz超材料的入射光偏振不敏感特性,发现当入射光脉冲的偏振角从0°变化到90°时, THz超材料的慢光和吸收特性不受影响.所设计的THz超材料在光缓存器、光传感器、光开关等领域具有潜在的应用价值.     

(Pb,La)Ti03铁电薄膜的太赫兹时域光谱实验研究

利用THz时域光谱技术(THz-TDS)探测了制作在SiO2/Si衬底上的(Pb,La)TiO3铁电薄膜的频谱响应,获得了三种不同烧结温度的掺镧钛酸铅(PLT)薄膜的THz频谱.根据实验数据计算得到了PLT薄膜在0.2～3 THz频段内的吸收系数、折射率和复介电常数,并对比了三种不同烧结温度的PLT薄膜的实验计算结果.实验结果表明,三种PLT薄膜在所测频段内均有较强吸收,且都在1.5 THz处有一个明显的吸收峰,在2.25 THz处有一个相对较弱的吸收峰.