太赫兹技术应用前沿 专栏主持人

牛萍娟,天津工业大学电子与信息工程学院教授,博士生导师,常务副院长兼党委副书记,大功率半导体照明应用系统教育部工程研究中心主任,天津市半导体照明技术工程中心主任;中国电工技术学会半导体光源系统专委会主任;国家半导体照明工程研发及产业联盟副秘书长;第三代半导体产业技术创新战略联盟京津冀协同创新委员会常务副主任。

基于太赫兹技术的中草药烘干精准控制方法

为解决目前烘干能耗高、效率低、烘干品质不均等中草药烘干过程中面临的主要问题,提出了一种基于太赫兹技术的中草药烘干控制方法。该方法通过建立太赫兹波放射频率模型,确定只对水敏感而对中草药的主要药效成分不敏感的太赫兹波段,以精准确定太赫兹板温度范围;选用Weibull模型作为中草药干燥的动力学模型,进而构建出干燥时间最短、碳排放量最少的双目标模型并对其进行求解,确定出物料厚度、湿度等烘干最优参数解集。以烘干月见草根部为例,确定出最优参数解集为:风机风速1.5m/s、物料厚度5cm、太赫兹板的温度130℃和湿度20%。实践表明,该控制方法通过精准设定中草药烘干参数,能够有效降低烘干能耗及成本,大幅度提升烘干效率和品质。

基于太赫兹技术的复合材料无损检测研究综述

随着高性能复合材料在航空航天和军事等高新领域的广泛应用,对其质量和性能检查的要求愈加引起重视,如何通过各种方法对复合材料进行无损检测成为近年来研究人员关注的热点和研究方向。太赫兹波量子能量低,对大多数非极性物质透明,因此使用太赫兹技术对复合材料进行无损检测有着独特的应用优势。本文基于太赫兹技术的特点,对太赫兹时域光谱和太赫兹成像技术的无损检测分别进行了详细的论述,并总结了目前复合材料的太赫兹无损检测技术发展趋势,最后对其发展前景进行了展望。

太赫兹技术融合人工智能在中药质量控制中的应用和展望

中药是中华民族的瑰宝,中药的质量控制对于确保中药安全性和有效性至关重要。传统的中药质量控制方法费时费力,需要对样品进行复杂的前处理。太赫兹技术是一种新兴的无损检测技术,具有高分辨率、非接触、非破坏等优点,与人工智能算法结合,能够实现对中药生产全过程的质量控制。该文首先介绍了太赫兹技术的原理、太赫兹光谱预处理方法、特征数据提取方法、人工智能算法建模以及模型的评估与优化;并在此基础上,对近年来太赫兹技术在中药鉴别、含量测定和制药生产过程质量控制中的应用进行了综述。最后,对太赫兹技术的发展趋势及其在中药智能制造中的应用进行了展望。

新工科背景下太赫兹技术课程教学路径探析

本文分析了新工科背景下“太赫兹技术与应用”课程的特点和教学要求,论述了该课程进行教学改革的背景以及必要性,提出在课程教学过程中融入全波电磁仿真教学方法,以太赫兹吸波器教学案例为牵引,将以教师为主的授课方式转换为以学生为主的探究式教学,充分调动学生的主观能动性、团队合作和实操能力。借由全波电磁仿真中的三维建模和电磁场可视化特点,还能进一步加深巩固学生对太赫兹场分布与调控的理解,更好地完成课程培养目标。

山东省科学院自动化研究所太赫兹技术研究室

山东省科学院自动化研究所太赫兹技术研究室始建于2012年,具有科研用房600m^(2),累计投入条件建设经费1000余万元,现有全职科研人员6名,兼职科研人员3名,其中博士5人,副高级以上职称4人。研究室以齐鲁工业大学电子电气与控制学部本科专业“电子信息工程”为学科依托,紧密围绕山东省中长期科技发展规划和科技创新的定位,瞄准太赫兹技术的发展前沿,在太赫兹时域光谱与成像、太赫兹波谱分析等技术领域开展面向需求的应用基础研究。

山东省科学院自动化研究所太赫兹技术研究室

山东省科学院自动化研究所太赫兹技术研究室始建于2012年,具有科研用房600m^(2),累计投入条件建设经费1000余万元,现有全职科研人员6名,兼职科研人员3名,其中博士5人,副高级以上职称4人。研究室以齐鲁工业大学电子电气与控制学部本科专业“电子信息工程”为学科依托,紧密围绕山东省中长期科技发展规划和科技创新的定位,瞄准太赫兹技术的发展前沿,在太赫兹时域光谱与成像、太赫兹波谱分析等技术领域开展面向需求的应用基础研究。

太赫兹技术在识别煤和煤矸石中的应用

文章利用太赫兹时域光谱仪探究了太赫兹技术在识别煤和煤矸石中的应用。将煤和煤矸石破碎研磨并与聚乙烯进行混合压制成样片进行测试,对所得到的光谱进行计算分析。结果表明,通过对选用频段下煤和煤矸石的折射率、吸收系数和透射系数进行对比,太赫兹技术能够很好地应用到煤和煤矸石的识别中。

太赫兹技术的发展及在雷达和通讯系统中的应用(Ⅰ)

简要介绍了太赫兹技术的发展和研究现状,概述了太赫兹波的低能性、高穿透性、指纹谱性、宽带性、瞬态性和相干性等独特性质。列举了太赫兹技术在成像、雷达、通信、生物医学、反恐和安检、航空航天领域和天文与地理方面等的主要应用。重点论述和分析了太赫兹技术在雷达探测和通讯系统中的应用,太赫兹雷达以其高距离分辨率、超大信号带宽、强穿透力、低截获率、强抗干扰性、优越的反隐身和穿透等离子体能力而具有强大的技术优势来实现雷达探测系统的众多功能。太赫兹通信是一个极具应用前景的技术,THz波有非常宽的还没分配的频带,并且具有速率高、方向性好、安全性高、散射小、穿透性好等许多特性,THz通信将给通信系统带来巨大的技术进步。指出了太赫兹技术应用到雷达探测和通讯系统中需重点关注的基础技术和关键技术。

太赫兹技术及其在农业领域的应用研究进展

太赫兹波在电磁波谱中位于中红外波与微波之间,具有探测分子间或分子内部弱相互作用的独特性质,是当前研究的热点之一。近年来,随着太赫兹波产生和探测技术的快速发展,太赫兹光谱及成像技术在多个领域正逐步从实验室研究转向实际应用,包括安全成像检测、航空航天、爆炸物分子检测等,同时农业领域专家学者也积极开展了太赫兹技术的农业应用研究,取得了较好的研究进展。该文从太赫兹光谱简介、产生探测原理、样品制备及数据处理出发,系统地介绍了待测样品理化信息的太赫兹数据获取方法,然后结合太赫兹技术特性,聚焦农业领域,探讨了太赫兹光谱和成像技术在该领域中的应用研究进展及有待解决的问题,具体包括农业生物大分子检测、农产品质量安全检测、植物生理检测和环境监测等多个方面,进而揭示太赫兹技术这一新兴科技在农业领域的研究潜力和应用前景。

太赫兹技术的发展及在雷达和通讯系统中的应用(Ⅱ)

简要介绍了太赫兹技术的发展和研究现状,概述了太赫兹波的低能性、高穿透性、指纹谱性、宽带性、瞬态性和相干性等独特性质。列举了太赫兹技术在成像、雷达、通信、生物医学、反恐和安检、航空航天领域和天文与地理方面等主要应用研究领域。重点论述和分析了太赫兹技术在雷达探测和通讯系统中的应用,太赫兹雷达以其高距离分辨率、超大信号带宽、强穿透力、低截获率、强抗干扰性、优越的反隐身和穿透等离子体能力而具有强大的技术优势来实现雷达探测系统的众多功能。太赫兹通信是一个极具应用前景的技术,THz波有非常宽的还没分配的频带,并且具有速率高、方向性好、安全性高、散射小、穿透性好等许多特性,THz通信将给通信系统带来巨大的技术进步。指出了太赫兹技术应用到雷达探测和通讯系统中需重点关注的基础技术和关键技术。

利用太赫兹技术实现皮肤癌早期精确诊断

"面向皮肤癌早期诊断的多参数有源太赫兹成像技术项目"以高精度、安全性为目标,从皮肤癌入手和非侵入式早期检测的需求出发,通过采用基于电子学多参数反射式成像方法,从电磁角度全面获取信息并结合皮肤及癌变组织的具体物理尺度、特性分析其对电磁波的响应行为,融合信号处理技术以及近年来雷达、红外探测方面的一系列前沿技术。通过改进先进的太赫兹探测技术对皮肤组织进行图像解析,最终形成能有效探测病变组织的二维、三维成像技术,并与当前国际生物医学技术进行对比,探索针对皮肤癌病变组织的早期精确诊断方法。本项目将开展的科学研究对实现皮肤癌的有效治疗具有重要意义。

太赫兹技术空间应用进展分析与展望

太赫兹波处于10^(11)~10^(13)Hz,介于微波和远红外之间,是极具研究和开发价值的新频率资源。近年来,随着空间载荷技术的飞速发展,太赫兹频段的空间载荷所表现出来的高分辨率性能和轻小型化特点更是让人叹服,由于国内外研究机构越来越重视太赫兹技术,太赫兹空间载荷系统方面的开发和应用研究获得了极大的发展。文中详细介绍了国内外对太赫兹技术的空间应用,并且指出了发展方向。

基于太赫兹技术的轮胎用覆胶钢丝帘布厚度检测

建立了基于太赫兹技术时域的轮胎用覆胶钢丝帘布厚度检测方法。对覆胶钢丝帘布的厚度进行静态检测,得到样品不同层面反射波强度信息;通过对反射波波动出现的时间进行分析计算,得到覆胶钢丝帘布的厚度及覆胶厚度。试验结果表明,利用太赫兹技术可以对覆胶钢丝帘布的厚度进行检测,其准确度和稳定性达到测定要求。

太赫兹技术在分布式光纤传感信息自动上传中的应用

由于光纤传感数据采集量大,上传速率低,研究太赫兹技术在分布式光纤传感信息自动上传中的应用。分析光纤光弹效应,通过四阶应力的光学张量对其表示,考虑主力与主应变内在联系,确定光纤长度和相位变化间具有的正比关系;结合光弹效应,利用太赫兹辐射源光子能量与黑体温度低、能量衰减较小优势设计十字架型纤芯THz光纤;将双通道采集卡用于信息采集,为改善信号信噪比,使用线性累计法实现数据预处理;计算各节点间信道容量,确定最佳目标函数,构建分布式光纤传感信息自动上传模型。仿真结果表明,应用太赫兹技术能有效减少光纤损耗,当频带数量超过5时,曲线走势平缓,提高上传速率,最高可达298.31 Mb/s。

基于技术预见分析方法的全球太赫兹技术发展趋势研究

技术预见是对未来技术发展进行有步骤探索的过程,技术预见方法多种多样,运用到分析的不同环节和目标中。运用文献计量法与专利分析法相结合的方式分析全球太赫兹技术的发展态势。其中文献分析选取WoS科技文献数据库为数据源,具体分析从整体产出概况、国家分布、研究机构分布、各国研究趋势对比分析以及各机构研究能力对比等维度展开。专利分析选用orbit专利数据库,具体分析全球专利申请情况、国家分布、技术领域分类、专利权人分布等,从而得出各国在太赫兹技术领域的竞争力。最后结合行业专家视角分析中国与世界主要国家太赫兹技术领域的发展态势,揭示中国在该领域发展的优劣势。研究结论显示,近年来太赫兹技术仍是全球的研究热点,我国在太赫兹领域的发文量从总量上居于世界前列,但是从竞争力及创新性角度看,我国在该领域与国外相比仍存在一定差距。最后给出相关建议,为政府相关部门制定发展策略提供参考。

太赫兹技术在铁路安检中的应用

铁路因其重要性和特殊性,迫切需要一种新型的安检技术弥补传统安检手段的不足。太赫兹波具有安全性、透视性及指纹谱性等特性,使其在铁路安检领域具有非常重要的应用价值。太赫兹光谱成像技术不仅能显示出违禁物品的形状,还能够鉴别其组分,而且可以用于旅客的人身安检。

太赫兹技术在大坝渗流实时监测中的应用探索

大坝渗流监测是土石坝安全监控的重要手段。介绍了目前大坝渗流(安全)监测方法的现状,评价了现有技术的特点及存在的问题,提出了一种新型的基于太赫兹波的坝体渗流监测技术,以及该项技术在国内外的研究进展及应用效果,给出了混凝土内渗流探测的实时监测影像,讨论了太赫兹技术在大坝渗流监测领域推广应用的价值与前景。

太赫兹技术在纺织检测中的应用

太赫兹波(THz)是一个位于微波与红外辐射间特定波段的电磁辐射的统称。近年来,随着固态震荡器与超快激光等技术的发展,提供了稳定可靠的太赫兹发射源,使得太赫兹技术有了飞速发展,在国民经济各领域有了广泛应用。本文简要介绍THz波的主要性质和产生原理,并从纺织材料检测及鉴别等方面介绍了THz波在纺织检测的应用前景。

太赫兹技术在果蔬快速检测设备中的应用分析

太赫兹技术在果蔬快速检测中有着独特的优势,而太赫兹辐射具有非常重要的科学研究和应用价值。首先分析了太赫兹光谱检测技术,包括太赫兹时域光谱技术和太赫兹成像技术,接着分析了太赫兹技术在果蔬快速检测设备中的应用。太赫兹技术为果蔬快速检测提供了一种新的检测方法。