α-乳糖水溶液太赫兹吸收光谱实验研究及模拟分析

水对太赫兹(terahertz, THz)波有强烈的吸收,所以利用THz技术研究含水样品特性一直是本领域的难题.本文在THz时域光谱系统中通过使用工作于高倍增模式的光电导天线和喇叭形渐变平行平板波导提高了样品所在位置处的THz波电场强度,实现了在0.1—1.6 THz范围对α-乳糖溶液THz吸收光谱的直接检测.进而,运用密度泛函理论对水环境下α-乳糖单分子模型的THz吸收光谱进行模拟仿真研究,模拟结果与实验测试结果符合较好.本文对直接检测含水样品在THz波段的光谱特性具有重要参考价值.     

光子晶体环形腔的四波长THz滤波器

提出一种基于光子晶体环形腔的四波长THz滤波器,该滤波器在光子晶体结构中引入两个环形腔,且环形腔内部各增加一个正方形介质柱,四周各引入一个散射介质柱。应用基于时域有限差分法(FDTD)的Rsoft软件进行仿真分析,结果表明通过对内部正方形介质柱的边长、散射介质柱半径以及耦合介质柱半径等结构参数的调节,可以滤出74.813,76.98,78.168和78.883 m四个太赫兹波长。该滤波器性能优良,透过率高、Q值高、信道隔离度大,对于THz技术应用具有重要意义。     

紧凑型自由电子激光THz源上四极磁铁的设计及测量

基于自由电子激光（FEL）的太赫兹源具有高功率、高效率、波谱范围宽且连续可调、波束质量好等显著优点,目前是获得最高输出功率的方法。紧凑型太赫兹源使整体装置小型化,减少了装置成本和占用空间,但依然可以提供高功率、高品质的太赫兹波束,是一种便利可靠的用户装置。由于空间限制,FEL上的磁铁要尽可能地减小其尺寸,并仍能满足束流参数设计要求。本文设计的四极磁铁磁轭孔径与有效长度,其中2块是64 mm100 mm,另外3块是45 mm100 mm。这些四极磁铁的磁场梯度可以达到0.6~1.9 Tm-1。采用Poisson和Oprra-3D软件进行四极磁铁的二维和三维仿真计算,设计优化四极磁铁的结构,并测量了加工完成后的四极磁铁的磁场。     

一种Ku波段高效率低磁场同轴相对论返波管

设计了一种工作在Ku波段的低磁场同轴相对论返波管。器件工作在同轴TM01近模式,采用两段式慢波结构构型,在前后段慢波结构中分别主要进行电子束调制与能量提取,以实现高效率工作。通过设计非对称反射腔,引入电子束预调制,进一步加深电子束调制深度,提高了束波互作用效率。通过调节慢波结构中间漂移段长度,进一步优化器件内部场分布,提取段慢波结构处轴向电场强度得到显著增强,器件工作效率可提升至35%。最终,当磁场强度0.6 、二极管电压490 V、二极管电流7.5 A时,获得1.27 GW微波输出,效率约35%,微波频率为14.7 GHz。     

太赫兹半导体器件与应用——纪念刘惠春教授

文章是以作者和刘惠春教授多年合作的研究工作为基础写成的,主要内容为太赫兹(THz)半导体器件及其通信和成像应用,以此深切缅怀刘惠春教授。近十年来,THz科学与技术已取得了长足进步,它在物理学、材料科学、生命科学、天文学、信息技术和国防安全等多个领域的应用也已初现端倪。在这些应用中,半导体THz器件的发展起着举足轻重的作用。文章着重介绍了作者近年来在半导体THz器件与应用方面的研究进展,主要内容包括基于负有效质量的电子学THz振荡器、飞秒激光泵浦半导体THz辐射源、基于量子阱子带间跃迁的THz量子级联激光器和THz量子阱探测器,以及基于这些器件的THz无线通信和成像应用研究。此外,文章还对未来THz技术的发展进行了简要的探讨。     

中外星座文化漫谈（上）

一般认为,中国古代星空划分和命名很独特,其体系是在“天人合一”的文化传统下建立起来的;我们的祖先把人间帝国建制搬上了天空,把星空想象成一幅巨大的天上人间图像,天上有城市村庄、山川原野;古人用星星代表人世间的万事万物,包括从宫殿到粮仓、从城市设施到政府机构、从兵营到集市,将星空视为一个自成一格的社会。     

相对论返波管注入锁相的数值模拟

给出了一种基于梯形慢波结构的相对论返波管结构,并采用2.5维全电磁PIC粒子模拟软件对其前端注入锁相进行了模拟研究。注入功率从二极管区注入相对论返波管中,注入功率50 kW,注入比－48.3 dB时,返波管输出的相位抖动在20范围内,并拟合了返波管相位抖动与注入功率之间关系,给出了判断返波管相位抖动大小的经验公式。注入功率提高至120 MW,注入比－14.5 dB时,注入信号对相对论返波管输出的频率实现了牵引。     

太赫兹波段折叠波导行波管的线性分析和计算

给出了太赫兹波段折叠波导行波管中考虑管壁欧姆损耗的带电子束扰动的色散方程。求解该方程可以得到器件中小信号增益的值。通过编制Matlab程序,分析计算了不同工作点、不同折叠波导结构参数和不同工作频段时小信号增益的变化特性。计算结果表明：适当选取工作点和结构参数,可以获得最佳增益值;考虑损耗后,除了前向增长的辐射场外,还会出现反向传输的静态波;随着工作频段向高频方向延伸,前向波的增益显著降低,而反向波强度则增大。因此,工作频率提高时,为了达到一定大小的增益,需要的折叠波导的周期数也相应增加。     

超辐射机制相对论返波管的数值计算

 运用相对论返波管非线性理论,推导出描述相对论返波管束波互作用的非线性自洽方程组;数值求解了该非线性自洽方程组,揭示了相对论返波管中由非稳态束波互作用产生的超辐射现象的基本规律：输出超辐射波峰值功率大约与参与互作用电子总电荷量的平方成正比。并将超辐射和由稳态束波互作用所产生的受激辐射作了相关比较,结果表明：超辐射是短电子束脉冲产生非稳态束波互作用的结果,而受激辐射是长电子束脉冲产生稳态束波互作用的结果;不断增加电子束脉冲宽度,辐射机制由超辐射转变为受激辐射。     

基于光场处理方法的太赫兹成像优化（英文）

近年来,太赫兹技术在检测、安保等诸多领域变得日益重要。如何扩大视场和提高成像质量是太赫兹成像的关键。针对以上问题,本文基于单相机扫描方式搭建了一个太赫兹光场成像系统以同时实现对太赫兹波空间和角度分布信息的利用。基于四维全光函数和双平面参数化方法,利用太赫兹光场传播过程中的强度一致性进行了重聚焦运算,通过对光场进行积分即可得到一系列对应不同视角、不同成像距离的结果。与初始的太赫兹成像结果相比,所搭建成像系统的视场和成像质量都得到了有效提升。在本文实验中,视场扩大了1.84倍,分辨率从1.3 mm提高到了0.7 mm。此外,部分被遮挡的目标信息也可通过使遮挡物离焦得到恢复。结果证明所搭系统能够提高太赫兹成像质量并拓展其功能,从而为太赫兹无损测量和安全检测提供了新的思路。