外磁场对THz波段超导表面等离激元的影响

根据超导二流体模型,研究了在THz波段超导材料铌表面存在的表面等离激元的色散曲线和特征长度随外磁场的变化关系,分析了外磁场对表面等离激元激发条件的影响.结果表明:外磁场强度增大时,色散曲线偏离光锥线程度将增大,表面等离激元传播距离、归一化波长及其在介质内的穿透深度将变小,而在超导材料内的穿透深度将增大,且色散曲线和特征长度随磁场的变化程度还与频率有关.同时,共振角度对外磁场变化不敏感,但共振频率将随外磁场强度增大而红移.该结果可为超导波导器件设计提供一定的参考.

0.33 THz雷达三维近场成像系统设计及成像试验

提出了采用步进频率结合平面扫描的THz雷达近场成像系统设计方案,基于宽带全息成像原理,可以实现三维高分辨率近场成像。采用多通道收发探头阵列缩短机械扫描行程,提高成像速度。给出了基于快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)和Stolt插值的三维图像重建算法,成像理论分辨率与波长相当。利用THz矢量网络分析仪和辅助设备,搭建了0.215~0.33THz成像试验装置,完成了对多层金属-泡沫目标三维成像,成像分辨率达到预期水平,验证了系统设计和三维图像重建算法的正确性。

光导开关在UWB和THz技术中的应用

光导开关以其优良的性能在众多领域中有着广阔的应用前景和使用价值.本文重点阐述了光导开关在超宽带技术和太赫兹技术中的应用,并指出目前应用研究中存在的主要问题.

基于频域滤波的THz图像条纹噪声处理

太赫兹在安全检查、医疗诊断、特别是在无损检测领域等方面都有广阔的应用前景,在利用0.2THz连续CW系统检测航天所用的燃料箱泡沫板隔离层的粘合效果研究中,条纹噪声严重影响了图像的效果。针对这个问题,分析了条纹噪声的特征,提出了一种基于图像幅度谱的投影图自动确定噪声频率的算法,利用Butter Worth带阻滤波器对THz图像中条纹噪声进行处理,在滤除噪声的同时较好地保留了图像的细节信息。

基于磁光子晶体的低损耗窄带THz滤波器

本文提出一种采用石榴石型铁氧体磁性材料的太赫兹滤波器,利用波导线缺陷和腔内点缺陷的耦合特性,通过改变腔内介质柱半径及分布,实现对某个波长的耦合,达到了高效率滤波的功能;改变外磁场的大小,影响铁氧体材料的磁导率变化,使谐振频率发生改变,从而对THz波进行滤波.应用平面波展开法(PWM)和时域差分有限法(FDTD)进行仿真分析,研究结果表明,该滤波器其插入损耗为0.0997 d B,3 d B带宽为8.22 GHz,实现了低损耗窄带滤波.

Design of THz Space Application System

Two kinds of space applications of THz band are proposed. A novel method for the THz band signal propagation in the satellite-earth link is studied in order to overcome the huge loss in the atmosphere. The THz signal should be transformed to Ka band by data processor on satellite, and then be transmitted to the earth station in order to avoid the THz loss in the atmosphere. The design can realize at least 10 Gbps space communication or data relay. Furthermore, three aspects of challenges in THz band are analyzed.

基于铣削式加工的140 GHz矩形波导带通滤波器

利用现代计算机数控机床(Computer Numerical Control,CNC)铣削技术实现了中心频率为140 GHz的矩形波导带通滤波器。基于电磁仿真软件HFSS对该滤波器进行了优化设计和容差分析。采用CNC铣削技术完成了该滤波器的加工制备。测试结果与仿真结果吻合良好,表明该滤波器具备优越的性能:其中心频率为140.2 GHz、3 dB相对带宽为10.1%,插入损耗小于0.5 dB,带内回波损耗优于25 dB,距中心频率±20 GHz处带外抑制大于30 dB。该结果进一步验证了利用CNC铣削技术加工140 GHz波段滤波器的可行性。

扩展互作用谐振腔的模拟分析

分析了扩展互作用谐振腔的工作原理、特点以及工作过程，并利用PIC粒子模拟程序对其进行了数值模拟，分析了阴极电压、电子注半径、谐振腔个数以及谐振腔周期长度对输出功率、频率及转换效率的影响。结果表明：当阴极电压为28．5～30．0kV时，谐振腔能正常工作；当电子注半径为1．4mm，谐振腔个数为4，阴极电压为29kV时输出功率和转换效率最大，输出功率为128kW，频率12．9GHz，转换效率达37．93％；输出频率随谐振腔周期长度的变小而增大。

太赫兹波段树枝状三维各向同性左手材料设计及特性研究

基于微波段二维树枝状左手材料的设计思想，设计了太赫兹波段的三维各向同性左手材料结构单元模型．采用金属Drude模型，运用等效媒质理论，仿真模拟了结构单元的电磁响应特性，计算了结构单元的有关电磁参数，分析了其缺陷效应和吸波特性．结果表明折射率在太赫兹波段1．17～1．38THz之间为负值，并通过模拟负折射验证了其左手特性；在缺陷严重情况下，其左手特性将消失；通过对模型进行改进，在1．47THz处出现了一个吸收峰，吸收率高达98％．该模型结构简单，研究结果为采用自上而下的方法制备三维太赫兹波段左手材料指出了途径．

W波段行波管发展评述

本文主要介绍了目前国内外W波段行波管的研究现状及所达到的技术水平,对相关的慢波电路结构、电子光学系统及相关的加工工艺进行了分析。同时还对进一步提高W波段行波管输出功率、拓宽行波管带宽、改善电子注流通和耦合装置匹配性能等技术手段进行了研究和分析。

太赫兹波在金属光子晶体中的传播特性

构造了一种适用于太赫兹器件的二维金属光子晶体结构.研究了晶格常数α=0.3mm的正方晶格二维铜介质柱光子晶体,这样的结构在工艺上相对容易实现.在0～2THz频段范围内,发现当金属柱半径从0.1α到0.3α变化时,随着圆柱半径的增大,禁带的中心频率上移,并且带隙的宽度增大;当金属柱半径为0.32α时,出现了两个禁带.研究结果为性能优良的THz器件开发提供了理论依据.

太赫兹光谱分析中用误差理论确定样品厚度的研究

太赫兹(1 THz=1012Hz)时域光谱作为一种新型的光谱探测技术,被广泛用来研究各种材料在远红外频谱范围内的光学特性。在太赫兹透射光谱分析中,多数情况下需要知道被测样品的厚度,才能准确提取样品的光学参数。然而,有些样品的厚度不宜测量准确甚至不能直接测量。文中介绍和讨论了利用误差理论给出了准确确定样品厚度的同时提取样品的太赫兹波段光学参数的方法,该方法可以广泛应用于该类样品的太赫兹透射谱分析过程。

太赫兹折叠波导慢波结构止带振荡器

为实现太赫兹新频段的开拓,满足太赫兹应用对实用化功率源的需求,研发了太赫兹折叠波导慢波结构止带振荡器。器件工作在慢波结构的止带附近,利用高耦合阻抗的特点,完成强注波互作用,实现大功率、小尺寸的太赫兹源。实验验证的振荡器样管采用了折叠波导慢波结构,工作电压为23.1 kV,工作电流为150 mA,在振荡频率为124.45 GHz时,最大脉冲输出功率达到32 W。实验结果表明,该器件适于作为开拓新频段的探索,能够满足高功率、窄带宽需求的太赫兹应用。

量子级联激光器技术内涵及其应用前景

20年来,QCL已经取得了飞速发展,在中波红外对抗、痕量气体检测、THz通信等领域初步得到了应用。本文从有源区方案设计及其优化、安装与封装、光子晶体QCL等设计技术,简要概述了量子级联激光器技术内涵;简要分析了当前QCL激光器研究热点和发展现状;最后从中波红外对抗、痕量气体检测、THz通信等应用技术方面,对QCL的技术应用前景进行了简要分析。

一种220 GHz波段太赫兹合成孔径成像雷达

微波频段的机载合成孔径成像雷达在对地观测方面具有广泛应用,但其合成孔径成像积累时间长,成像帧率低,提高雷达工作频率能够减小合成孔径所需转角,提高成像帧率。设计了一种工作在220 GHz波段的太赫兹合成孔径成像雷达系统,采用收发天线分置、发射宽带线性调频连续波的体制,最大信号带宽4.8 GHz,输出信号功率约20 m W。宽带回波信号幅度相位经外标校补偿,通过成像试验,验证了太赫兹ISAR与SAR成像分辨率约3.2 cm,可实现5Hz的成像帧率,证明太赫兹波段能够大幅提升成像帧率,满足快速成像的要求。

太赫兹波在二维正方晶格光子晶体中的传播特性

本文用平面波展开法研究了太赫兹波（THz）在二维正方晶格光子晶体中的传播特性。分析了晶格常数为a=0.1mm的正方晶格介质柱二维光子晶体,在0~1.8THz频段范围内,通过数值计算,发现当介质圆柱半径r=0.2a时,E偏振出现最大绝对光子带隙,带隙位于0.283-0.400THz,带隙宽度为0.117THz,相应的带隙波长范围为84.9μm至120μm,处于THz波段,并分析了随着相对介电常数差值的增大出现的TM带隙宽度增大。研究结果为THz器件的开发提供了理论依据。

太赫兹波在二维光子晶体中的传播特性

为了得到太赫兹波在二维三角晶格光子晶体中的传播特性,利用平面波展开法数值模拟了三角晶格能带结构和态密度分布,得出E偏振当填充率f=0.9069和H偏振f=0.7346时出现最大光子带隙,在f=0.8358出现最大完全光子带隙。计算表明,增加介电常数的差值,太赫兹波在三角晶格光子晶体中传播的带隙增加了,光子晶体态密度的分布验证了存在光子带隙的范围。研究结果为太赫兹波器件的开发提供了理论依据。

真空电子器件的新机理研究

本文对近年来真空电子器件研究中出现的一些新概念、新设想进行了介绍和评述。随着毫米波(mmW)和太赫兹(THz)频域的进一步开拓,对工作在这些频域真空电子器件的频率、功率、带宽、效率和微制造提出了更高的要求。带状电子注和多电子注是提高器件功率的重要途径;光子带隙技术和真空电子器件的结合为新型器件的发展提供了新的方法;陶瓷行波管的研制给我们带来全新的概念,特别是纳米真空三极管和光三极管概念的提出,为真空电子器件回归数字电路技术展示出令人鼓舞的前景。

太赫兹波在二维三角晶格光子晶体中的传播特性

用平面波展开法研究了太赫兹波在二维三角晶格光子晶体中的传播特性。数值计算了以硅为背景的空气圆柱构成的二维三角晶格光子晶体的能带结构和态密度,计算表明r=0.50a和r=0.46a时,E偏振和H偏振分别出现最大光子带隙,带隙宽度分别0.1097THz和0.1935THz,在r=0.48a出现最大完全光子带隙,带隙宽度为0.0759THz,光子晶体态密度的分布也表明了存在光子带隙的范围,研究结果为太赫兹器件的开发提供了理论依据。

基于功率合成技术的V波段倍频源

赫兹倍频链通过对低频段微波信号多次倍频,可以获得高稳定、低相位噪声的太赫兹频率源,应用前景广阔。倍频链越高频,需要驱动功率越不容易达到,为提高V波段倍频链功率,尝试了倍频功率合成方法,该方式与放大器功率合成相比,具有相位差影响和频率加倍的特点。研制出了V波段4路倍频源,对倍频合成工作原理、倍频效率和高次谐波抑制效果进行了验证。测试结果表明:在66～75GHz范围内,V波段倍频器均可获得20dBm以上的2次谐波倍频功率输出,最大功率为24dBm,带内波动约为4dB,功率合成效率大于85%。