基于THz成像和集成学习的番茄根长表型提取及预测

为检测番茄根系表型,该研究基于THz(Terahertz)成像和集成学习提出一种根系检测技术。首先,对20天生长过程中番茄根系进行多次THz成像。其次,对最优重构后的根系THz伪彩色图去除根系重叠和主根区域的噪声数据。再次,采用Rosenfeld细化算法和滑动窗口遍历法计算根系长度。最后,提取根系有效区域中THz时域光谱和折射率光谱,由Stacking集成模型对番茄根长进行预测。由THz成像计算的番茄根长结果误差小,平均相对误差仅为4.16%;由THz时域数据预测的根长与计算得到的根长之间最大决定系数为0.999,最小均方根误差为0.743 cm;由折射率光谱数据预测根长的最大决定系数为0.998,最小均方根误差为0.976 cm。该方法不仅能根据THz图像准确地计算出番茄根系的长度,还能由番茄根系的THz光谱有效地预测番茄根长表型,该研究为根系表型检测方法提供了理论依据。

6G无线通信THz电子学、光子学、等离子体波器件及应用的新进展(续)

移动通信技术已成为现代智能信息网络发展的带动的重要技术之一。继sub-6 GHz和毫米波频段的5G移动通信成为当今移动通信的发展主流之后,预计以亚THz/THz频段的6G移动通信将于2030年到来。综述了用于未来6G无线通信的THz电子学、光子学、等离子体波器件及应用的新进展。综述并分析了当今THz器件与电路以及典型应用的关键技术的发展现状与趋势,包含真空电子领域的行波管、碰撞雪崩渡越时间(IMPATT)二极管、THz谐振隧穿二极管(RTD)、THz肖特基势垒二极管(SBD)、THz CMOS、THz SiGe BiCMOS、THz InP HEMT/InP HBT、D波段GaN HEMT、光子学辅助的太赫兹波技术、石墨烯为代表的二维材料器件与电路。THz器件的应用创新重点包含四个方面:通道测量与建模、多输入多输出(MIMO)天线阵列、智能可重构反射阵列以及通信局域网络架构和实验平台。

6G无线通信THz电子学、光子学、等离子体波器件及应用的新进展

移动通信技术已成为由现代智能信息网络发展带动的重要技术之一。继sub-6 GHz和毫米波频段的5G移动通信成为当今移动通信的发展主流之后,预计以亚THz/THz频段的6G移动通信将于2030年到来。综述了用于未来6G无线通信的THz电子学、光子学、等离子体波器件及应用的新进展。综述并分析了当今THz器件与电路以及典型应用的关键技术的发展现状与趋势,包含真空电子领域的行波管、碰撞雪崩渡越时间(IMPATT)二极管、THz谐振隧穿二极管(RTD)、THz肖特基势垒二极管(SBD)、THz CMOS、THz SiGe BiCMOS、THz InP HEMT/InP HBT、D波段GaN HEMT、光子学辅助的太赫兹波技术、石墨烯为代表的二维材料器件与电路。THz器件的应用创新重点包含四个方面:通道测量与建模、多输入多输出(MIMO)天线阵列、智能可重构反射阵列以及通信局域网络架构和实验平台。

THz-ATR技术检测生物医学样品的研究进展

太赫兹衰减全内反射(THz-ATR)光谱法含水样品检测技术具有无标记、无电离以及检测灵敏度高等优点,在疾病标志物的定性识别和定量检测方面具有很大的应用潜力,尤其对重大疾病的早期诊断和分阶段诊疗具有非常重要的现实意义。在简要介绍THz-ATR技术检测含水样品基本原理的基础上,通过分析与对比,详细探讨了不同辐射源的THz-ATR光谱检测技术在生物医学检测方面的应用,最后简要归纳了THz-ATR光谱检测技术的研究现状及未来发展趋势。

0.2THz平衡式二倍频器两路功率合成技术

针对GaAs肖特基二极管基倍频器输出功率低的问题,采用Y型结结构的波导功分器/功合器在倍频器子模块外部进行信号的合成,实现了输出功率的提升。设计实现了插入损耗低、幅度/相位一致性良好的Y型结结构的波导功分器/功合器。基于GaAs肖特基二极管单片工艺,研制了二倍频器子模块,以提高子模块的一致性并降低芯片结温。对波导功分器/功合器及二倍频子模块进行了装配和测试,测试结果表明,该外合成式二倍频器的工作频率为209~216 GHz,当输入功率大于600 mW时,在214 GHz频率下,峰值输出功率可达117 mW,转换效率达到18.5%,合成效率达86.5%。

基于皮肤-脂肪模型的太赫兹体内多输入多输出信道特性分析与建模

为探究太赫兹(THz)频段体内多输入多输出(MIMO)通信系统的传输特性,该文在0.8~1.2 THz下构建了精确的皮肤-脂肪模型,对皮肤-脂肪模型中垂直方向和水平方向的链路进行全波电磁仿真,分析太赫兹体内信道特性,建立路径损耗模型。首先,结合太赫兹频段人体组织的介电特性和人体皮肤的解剖学结构构建皮肤-脂肪模型。其次,对比分析了3条链路的路径损耗和阴影衰落,提出带有等效吸收因子的太赫兹体内路径损耗模型。最后,对3条链路的莱斯K因子、均方根时延扩展、MIMO容量进行分析。仿真分析表明,带有等效吸收因子的太赫兹体内路径损耗模型可以更准确地描述加长距离垂直链路2的路径损耗,发射端在体表可以增强MIMO容量。该文的工作可以为太赫兹体内通信系统的设计和优化提供参考。

基于CMOS的高响应度太赫兹探测器线阵

本文提出了一种基于CMOS 0.18μm工艺的改进型高响应度太赫兹探测器线阵,各探测像素单元由高增益片上天线、高耦合度差分自混频功率探测电路和集成电压放大器组成。其中,差分探测电路利用源极差分驱动场效应管的交叉耦合电容,将太赫兹差分信号耦合至场效应管的栅极与源极,增强场效应管沟道内自混频太赫兹信号的强度,实现高响应度。其次,该探测器配备高增益片上环形差分天线与集成电压放大器,可有效放大混频后的信号,进而提高系统信噪比,最终达到增强探测器响应度的目的。探测器1×3线阵系统充分利用CMOS工艺多层结构的特点,将电压放大器布置在天线地平面下方,提高了芯片面积的利用率,有效降低了制作成本,整个系统的面积为0.5 mm^(2)。测试结果表明,当场效应管的栅极偏置为0.42 V时,该探测系统对0.3 THz辐射信号的电压响应度(Rv)最大可达到43.8 kV/W,对应的最小噪声等效功率(NEP)为20.5 pW/Hz^(1/2)。动态测试结果显示该探测器可对不同材质的隔挡物进行区分。

室内场景亚太赫兹信道测量与混合信道建模

针对当前准确定性信道模型不能准确地描述室内场景亚太赫兹信道特性的问题,提出一种基于准确定性的亚太赫兹混合信道建模模型。首先,基于亚太赫兹信道多径稀疏簇特性,利用镜像法追踪视距径和低阶反射径建模确定性部分。其次,结合220 GHz室内大厅及132 GHz走廊场景测量数据,利用扩展的SV模型分别统计确定簇和随机簇内的散射径,对数正态分布描述簇内多径数分布,完成随机性部分建模。确定性信道冲激响应hD和随机性信道冲激响应hS相加获得混合信道冲激响应h。最后,通过科尔莫戈罗夫-斯米尔诺夫检验混合模型准确性,以及与扩展的SV模型小尺度参数的均方根误差和结构相似性比较验证混合模型的有效性,结果表明,所提出的模型能够准确有效地描述亚太赫兹信道特性。

太赫兹时域光谱成像增强算法

低分辨率是扫描太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统图像的一个重要缺点.本文提出了一种针对太赫兹时域光谱图像的超分辨率增强算法,该算法结合了多层感知机(MLP)和超分辨率卷积神经网络(SRCNN),创建了一个复合网络.本文算法针对太赫兹光谱图像的特点,通过引入新的目标函数,避免了传统机器学习算法需要采集或模拟生成大量训练集的弊端,实现了训练图像即目标图像的单幅光谱图像增强.为了实现这一目标,本文算法的基本原理是,让试件产生一个刚体位移,利用THz-TDS系统采集位移前后两幅三维(1个时间维,2个空间维)光谱图像作为输入数据.机器学习网络包括两部分:首先,利用一个MLP网络实现三维光谱图像到二维光强图像的转化;其次,采用传统针对二维图像的SRCNN网络获取一幅高分辨率图像,对位移前后图像处理后计算得到新的高分辨率图像的位移场,并将位移场方差作为目标函数,再通过机器学习算法,优化网络中的成像参数,实现太赫兹光谱图像的分辨率增强.典型验证性实验最终得到的峰值信噪比为42.65 dB,结构相似度为0.816,均比其他现有方法高,表明本文算法能获得良好的图像增强.

柔性电磁超构表面的太赫兹等离子体诱导透明效应

介绍了上海师范大学光学学科团队太赫兹(THz)微纳结构光子学课题组的主要成果:通过改变电磁谐振单元空间对称性,实现不同类型的等离子体诱导透明(PIT)现象,从而实现对太赫兹电磁脉冲群延迟的调控,获得太赫兹波段的慢光效应,同时衍生出了一系列全新的太赫兹光谱现象,拓展了人们对太赫兹PIT成因的认知.主要内容涵盖如下方面:非对称近场耦合实现宽频带慢光;导电耦合实现双暗场激发慢光;三体耦合局域化慢光;自互补结构单元实现正负相反的干涉相消共振,获得不同程度的太赫兹慢光;类表面等离子体相互作用获得慢光等.这些工作实现了太赫兹慢光调控机制的创新.

铜基微同轴技术及其在毫米波太赫兹领域的应用

近年来国内铜基微同轴技术在毫米波和太赫兹器件应用领域取得了显著进展。首先,论文综述了铜基微同轴的标准加工工艺,并介绍了基于该工艺成功设计的覆盖DC-1THz频段的多种传输线结构,包括矩形同轴、矩形波导、脊波导等常见射频传输线。其次,基于微同轴技术的大量有源和无源器件的设计,如滤波器、天线、宽带定向耦合器、射频GSG探针、放大器和倍频器等,这些器件的频率范围覆盖10 MHz至330 GHz,均基于微同轴工艺的特点进行了特殊设计,充分利用了该工艺的固有优势。最后,这些成果展示了国内铜基微同轴技术在射频器件模组领域的蓬勃发展,凸显出我国在铜基微同轴射频器件设计和加工技术方面的日益成熟。这些实践应用进一步证明了铜基微同轴技术在微波特性和小型化方面的卓越优势。因此,采用铜基微同轴技术的射频器件在毫米波和太赫兹领域展现出巨大的应用潜力和广阔的发展前景。

基于CMOS有源超材料的生物分子的自旋太赫兹传感

基于互补金属氧化物半导体(CMOS)有源超材料,通过结合自旋太赫兹源,对生物分子的太赫兹频段指纹谱进行传感检测。对比基于自旋太赫兹源和基于光电导天线的太赫兹时域光谱系统测量的3种不同生物样品的指纹谱特征峰,验证了自旋太赫兹源测量生物样品的可行性。同时,提出一种基于CMOS有源超材料的生物分子太赫兹传感方案,仿真结果表明CMOS调控器件对生物样品的扫描测试表现为生物透射峰与器件谐振峰变化统一。当吸收峰位于器件的调控范围内时,随着加电压的增大,生物透射谱谐振频率减小,出现红移,最大红移量达到40 GHz。因为不同的生物样品有不同的吸收峰,根据不同的太赫兹指纹谱吸收峰的位置设计了5种对应中心频率的CMOS有源超材料,为实现生物分子太赫兹传感系统的小型化和集成化提供了理论及实验基础。

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。

0.14 THz超高速无线通信系统实验研究

介绍了0.14THz超高速无线通信实验系统的主要组成部分和主要实验结果。从太赫兹电子学出发,基于太赫兹半导体器件和宽带数字调制解调技术,采用一种"低频段高速矢量调制+谐波混频+放大"的太赫兹高速信息传输技术路线,在国内首次成功实现了0.14THz 0.5km 10Gb/s高速信号实时传输和软件化事后解调,同时进行了4路高清视频信号的传输与解调。

MEMS THz滤波器的制作工艺

基于MEMS技术制作了太赫兹（THz）滤波器样品,研究了制作滤波器的工艺流程方案,其关键工艺技术包括硅深槽刻蚀技术、深槽结构的表面金属化技术、阳极键合和金-硅共晶键合技术。采用4μm的热氧化硅层作刻蚀掩膜,成功完成了800μm的深槽硅干法刻蚀;采用基片倾斜放置、多次离子束溅射和电镀加厚的方法完成了深槽结构的表面金属化,内部金属层厚度为3~5μm;用硅-玻璃阳极键合技术和金-硅共晶键合技术实现了三层结构、四面封闭的波导滤波器样品加工。测试结果表明,研制的滤波器样品中心频率138GHz,带宽15GHz,插损小于3dB。

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。

THz辐射在DNA光谱研究中的应用

太赫兹(THz)辐射是一种新型的远红外相干辐射源,近年来在不同的研究领域中得到了广泛的应用,许多研究表明THz脉冲光谱学在生物和医学方面具有潜在的应用前景。文章简要介绍了THz辐射产生和探测的基本原理和方法;阐述了THz辐射在生物学和DNA分子光谱学研究的物理基础;讨论应用THz辐射研究DNA取得的成果及最新进展,展望应用THz辐射研究DNA分子的前景。

基于DRIE的太赫兹行波管硅基低损耗慢波结构工艺技术研究

行波管慢波结构的制造通常采用计算机数字化控制精密机械加工技术。随着工作频率的提升,对慢波结构特征尺寸精度的要求达到微纳米级,导致加工难度大、周期长,成本高昂,一定程度上限制了技术的快速发展。硅基MEMS加工工艺具备优秀的三维形貌可控性,尺寸控制精度高,批次一致性较好。本文针对太赫兹行波管功率源对双槽深折叠波导慢波结构的设计要求,开发了基于硅基底材料的三维集成工艺制造技术。采用光刻胶掩蔽结合介质掩蔽工艺方法,聚焦优化深反应离子刻蚀(Deep reactive ion etching,DRIE)中刻蚀钝化平衡参数,完成了电镀金和金金键合的完整工艺流程开发,实现了工作频率达0.65 THz、单位长度插入损耗低至1.6 dB/mm的高性能硅基太赫兹慢波结构150 mm晶圆级工艺制备,为太赫兹行波管的技术突破和应用发展建立了技术基础。

基于Schottky二极管和Hammer-Head滤波器0.67THz二次谐波混频器

通过测量肖特基二极管的I-V和C-V曲线,建立等效电路模型.利用三维电磁场和谐波平衡仿真工具分别进行三维结构仿真和电路宽带匹配,最终实现混合集成方式的0.67THz谐波混频器设计.测试结果表明：混频器中心频率为0.685 THz,射频3 dB带宽为47 GHz,双边带变频损耗13.1~16 dB,在685 GHz双边带噪声温度最低值为11500 K.

基于散射特性的太赫兹信道建模

太赫兹(Terahertz, THz)通信是6G的关键技术之一。由于太赫兹技术具有大带宽和超高速率的特点,越来越受到关注。为支持太赫兹无线通信设备的性能评估,建立能够表征信道特性的无线信道模型至关重要。提出了一种基于散射特性的太赫兹信道模型,在室内场景中使用该信道模型生成信道系数和功率时延谱。分析结果表明,提出的信道模型能较好地表征太赫兹散射特性,能够支持太赫兹通信系统的设计与评估。