方兴未艾的太赫兹生物医学传感器

太赫兹生物医学传感器在当前研究中属于一个热点,其工作原理主要依托人工周期性电磁媒介或二维材料构建电磁亚波长结构,与入射的太赫兹波相互作用时,引发类似表面等离子体共振现象,产生的局域电磁场增强效应对周围的介电环境敏感,从而改变太赫兹光谱中共振的品质因子与谐振频率,实现对生物分子的高灵敏度检测和分析。围绕近几年的研究现状,从生物传感器的类型及其在生物医学等领域的应用分别加以阐述,讨论了太赫兹生物医学传感器所面临的挑战和发展前景,旨在提供一些有价值的建议。

非线性二阶霍尔效应及其在太赫兹技术中的应用

非线性霍尔效应是继霍尔效应和反常霍尔效应之后,人们对霍尔效应理论的进一步认识.非线性二阶霍尔效应体现为I-V曲线的平方关系,不需要外磁场和材料的本征磁矩的存在,但是受到空间反演对称破缺的限制.因此,在时间反演对称系统中,在线性霍尔效应被禁止的情况下,非线性二阶霍尔效应可以起到主导作用.非线性霍尔效应的发现不仅在物理上对材料输运性能有了新的认识,而且为红外和太赫兹等信息技术提供了新的研究思路和理论依据.从电子能带结构和波函数贝利曲率的角度出发,对非线性霍尔效应的理论发展、材料认识和实验测量进行详细的论述.

电气设备复合绝缘结构的太赫兹无损检测综述

在电气设备复合绝缘结构检测方面,基于声、光、电、磁等物理量、化学组分和微观特征的检测方法得到广泛应用,但难以实现无损可视化表征。相比之下,太赫兹检测技术利用太赫兹波的光学和电磁学特性可以有效反演出被测物的结构特征和介电特性,较传统检测方法具有无损可在线测量的明显优势。为此,该文总结了当前太赫兹无损检测技术在电气设备复合绝缘结构检测方面的研究现状。首先,系统介绍了太赫兹检测方法的原理及系统,并与传统检测手段进行了比较;其次,重点总结了太赫兹时域和频域光谱及其成像技术在复合绝缘材料老化和缺陷检测中的实际应用,包括缺陷的识别和定位、组分鉴定及老化状态评估等;最后,对太赫兹无损检测技术在该领域的发展前景进行了展望。希冀该综述可帮助相关研究人员快速了解太赫兹无损检测技术在电气设备状态诊断方面的研究和应用情况,并对同类问题提供解决思路。

《太赫兹科学与电子信息学报》2024年第12期专栏征稿主题:太赫兹成像感知技术

成像是人类认识世界最直接的方式,太赫兹波作为最后一个被开发的电磁波段,为科学探索和工业应用提供了新的视野,其包含的物质指纹,可作为分子级的识别手段。受限于波长的物理尺度,其成像分辨率距离人们的期望还有一定距离;太赫兹光谱传递了什么信息、该如何应用,仍需要深入探索。本专题拟对此进行探讨。

1-萘酚的太赫兹光谱实验及理论研究

1-萘酚是煤化工产物萘的合成产物,对环境和人体健康有危害.采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术,获得了1-萘酚在0.5~4.0 THz范围内的实测太赫兹吸收谱,同时运用密度泛函理论(DFT)平面波赝势模型对1-萘酚晶胞模型进行理论光谱计算,探讨了平面波截断能在800~1600 eV范围内对理论光谱的影响,并对吸收峰的振动模式进行了理论归属.实验结果表明,1-萘酚在0.5~4.0 THz范围内有1.14 THz、1.60 THz、2.16 THz、2.81 THz、3.56 THz共5个吸收峰,平面波截断能1400 eV下得到的理论吸收谱与实测吸收谱在吸收峰个数、峰位、归一化峰强度上均有较好的一致性,5个吸收峰的振动模式均是以两元环为平面的受氢键束缚的面外摇摆振动或者面内扭转振动引起的.这为太赫兹技术对1-萘酚的识别提供了实验和理论基础,具有一定的理论意义和实际应用价值.

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。

6G与太赫兹通信技术导读

内容导读太赫兹波是0.1~10 THz频段的电磁波,对应波长3~0.03 mm,介于毫米波和红外光之间。太赫兹频段具有丰富的频谱资源,可用于地面短距离高速无线通信和空间卫星通信,被认为是6G候选频段之一。目前,太赫兹通信作为6G潜在关键技术之一,已成为移动通信领域学术界和工业界的研究热点。其中,涉及太赫兹通信硬件系统设计、太赫兹器件研制、宽频信号的高效调制与处理、信道测量和建模技术、信道编码技术、通信感知一体化技术、智能反射面辅助技术、超大规模天线技术等大量关键科学技术与工程设计问题。

用于空间领域的太赫兹技术研究概况

作为电磁波中从红外光到微波的过渡区,太赫兹波所具有的独特性能已得到了人们的广泛认识。随着太赫兹辐射源、太赫兹探测器等单元技术研究的不断成熟,美国、欧洲和日本已率先将其应用于空间天文观测、深空探测和对地气象环境监测等领域。重点总结了这些应用中的技术发展情况,并简要分析了太赫兹雷达与通信技术的研究状况和应用前景。

基于共振隧穿二极管的太赫兹技术研究进展

共振隧穿二极管(Resonant Tunneling Diode, RTD)是一种基于量子隧穿效应的半导体器件,同时具有非线性特性和负阻特性,通过改变偏置电压可以作为太赫兹源和太赫兹探测器,在未来6G技术中通信感知一体化方面具有优势。简要总结了基于RTD实现的器件的工作原理,对基于RTD实现的太赫兹源和太赫兹探测器、太赫兹通信系统以及太赫兹雷达系统等太赫兹技术的研究进展进行介绍,并对当前存在的技术挑战和未来的发展方向进行探讨。基于RTD的太赫兹技术凭借其突出的优势,将成为未来电子器件领域重要的发展方向。

太赫兹技术及其在生物医学工程中的应用

太赫兹技术几年来得到迅速地发展,其独特的性质使得它在诸多领域有着广阔的应用前景。该文介绍了太赫兹波的特性与它在生物医学工程领域的应用,包括太赫兹在生化检测、医学成像诊断、组织检测、治疗以及医学通信中的应用。同时还分析了太赫兹技术在该领域存在的问题和发展趋势。

太赫兹探测与通信技术新进展

回顾了太赫兹技术的最新进展,并总结了未来的几个重要方向,重点介绍几种关键的太赫兹技术,包括太赫兹源、太赫兹传输、太赫兹调制和太赫兹检测。简要介绍了当前太赫兹技术的发展现状和应用情况,如射电天文学、物体无损检测、医疗成像、安检等太赫兹探测应用和太赫兹通信概况。对太赫兹探测和通信最新技术进展进行了回顾,给出了该领域的前瞻研究方向。

本期专题:6G毫米波与太赫兹通信

主编观点毫米波和太赫兹频段可以提供大带宽、高速率和低时延的数据传输能力,将助力6G实现更广泛、更智能、更高效的连接,满足未来高速、大容量的通信需求。国内外研究机构最近几年陆续加大对6G毫米波与太赫兹通信技术的研发投入,在此背景下,本专题聚焦于“6G毫米波与太赫兹通信”,深入剖析6G时代毫米波与太赫兹频段通信的问题挑战、系统架构、关键技术以及标准化等研究。

受古铜币灵感设计的太赫兹多波束调控反射编码超表面

随着研究的不断深入,太赫兹器件在多个基础研究及工程应用领域的重要地位日益凸显,但是这些器件一般只能工作在单一频点且对圆极化较敏感。为了克服这一限制,从中国古代铜币中汲取灵感,设计了一种多频点的太赫兹编码超表面,该结构由单元“0”和单元“1”构成。通过相位编码构造的1-bit太赫兹超表面可以在x线极化波和圆极化波的入射下分别在3个频点实现不同的反射波束分裂功能,进一步通过改变1-bit编码超表面的半径,可以构建2-bit太赫兹编码超表面,实现波束偏转功能。利用幅度差异可以构造幅度编码超表面在x线极化波和圆极化波的入射下实现空间成像功能。所设计的超表面解决了仅利用相位或幅度编码进行太赫兹波前操纵的问题,克服了传统器件只能在单一频点工作和对圆极化波敏感的缺陷,为太赫兹通信领域的应用提供巨大潜力。

全光纤耦合式太赫兹近场探针光谱成像系统

通过对太赫兹光电导探针天线与飞秒倍频光路进行光纤模块化封装,并结合光纤耦合式太赫兹光电导天线辐射源,以及自主研制设计的光纤飞秒激光光源和光纤式高速光学延时线,开发了一种全光纤耦合式太赫兹近场探针光谱成像系统,其光谱范围覆盖0.1~2.0 THz,动态范围达到60 dB,光谱采样速度高达0.1 s/谱,近场成像分辨率优于20μm的全光纤耦合式太赫兹近场探针光谱成像系统。得益于整套系统的全光纤结构设计,太赫兹辐射源和探针式探测器之间可以根据测量需求灵活调节而不需要重新校准光路,极大地提高了系统的工作稳定性和使用方便性。该研究为太赫兹科学研究提供了一种高性能且实用性强的太赫兹近场光谱成像测量系统。

醇类溶液中的强太赫兹发射

强太赫兹辐射源的探索对于太赫兹技术的发展起着至关重要的作用。利用醇溶液作为太赫兹激发介质,实验证实了飞秒激光诱导正辛醇溶液液线中的强太赫兹发射。在相同的激光激励条件下,正辛醇溶液中产生的太赫兹辐射约为液态水的3.5倍。研究了正辛醇溶液中的太赫兹发射角,研究表明正辛醇溶液中产生的太赫兹辐射在90°(激光前向)时强度最大,太赫兹辐射发射角度范围介于45°至135°之间。此外,还对醇类进行了量子化学计算,以帮助解释醇溶液中强太赫兹产生的物理机理。计算结果表明醇溶液中产生的太赫兹辐射与其禁带宽度、表面静电势、静态介电常数、MPI极性指数呈负相关关系。

耦合度可切换的太赫兹分支波导定向耦合器

提出了一种耦合度可切换的太赫兹分支波导定向耦合器,该耦合器的耦合度可在3和10 dB之间进行切换。通过控制前四条分支表面二氧化钒薄膜的电导率,实现耦合度的切换。仿真结果表明,在180~250 GHz的频率范围内,当二氧化钒电导率为2×10^(5)S/m时,耦合度为(3±0.6)dB,隔离度与回波损耗大于17 dB;当二氧化钒电导率为10 S/m时,耦合度为(10±0.7)dB,隔离度大于18 dB,回波损耗大于20 dB。耦合器在两种耦合状态下均表现出优异的性能,符合设计预期。

频率可调谐太赫兹回旋管研究

频率可调太赫兹回旋管在太赫兹增强核磁共振等方面有广泛的应用。论文对自研的频率可调基波太赫兹回旋管、频率可调谐波太赫兹回旋管,以及多模频率可调太赫兹回旋管做了详细介绍。发展的频率可调太赫兹回旋管最高工作频率为660 GHz,连续波功率百瓦量级。基于自研的频率可调太赫兹回旋管和大功率太赫兹传输线,实现了太赫兹增强核磁共振系统,对1 H实现了350倍灵敏度增强,对13 C实现了88倍灵敏度增强。

《太赫兹科学与电子信息学报》2024年第12期专栏征稿 主题:太赫兹成像感知技术

成像是人类认识世界最直接的方式,太赫兹波作为最后一个被开发的电磁波段,为科学探索和工业应用提供了新的视野,其包含的物质指纹,可作为分子级的识别手段。受限于波长的物理尺度,其成像分辨率距离人们的期望还有一定距离;太赫兹光谱传递了什么信息、该如何应用,仍需要深入探索。本专题拟对此进行探讨。

《太赫兹科学与电子信息学报》2024年第12期专栏征稿 主题:太赫兹成像感知技术

成像是人类认识世界最直接的方式,太赫兹波作为最后一个被开发的电磁波段,为科学探索和工业应用提供了新的视野,其包含的物质指纹,可作为分子级的识别手段。受限于波长的物理尺度,其成像分辨率距离人们的期望还有一定距离;太赫兹光谱传递了什么信息、该如何应用,仍需要深入探索。本专题拟对此进行探讨。

《太赫兹科学与电子信息学报》2024年第12期专栏征稿 主题:太赫兹成像感知技术

成像是人类认识世界最直接的方式,太赫兹波作为最后一个被开发的电磁波段,为科学探索和工业应用提供了新的视野,其包含的物质指纹,可作为分子级的识别手段。受限于波长的物理尺度,其成像分辨率距离人们的期望还有一定距离;太赫兹光谱传递了什么信息、该如何应用,仍需要深入探索。本专题拟对此进行探讨。