太赫兹技术在医学科学中的应用及研究进展

近年来太赫兹(0.1 THz^10 THz)因其良好的探测能力和非电离特性受到研究者们的关注。根据不同的检测方式和信号处理方法,可分为太赫兹成像技术和太赫兹光谱技术两大类。太赫兹技术在医学科学中发展迅速,其中生物大分子检测和组织成像令人印象深刻。水含量和结构差异是太赫兹成像技术的理论基础,据此可对生物组织进行检测识别。不同的生物组织具有不同的太赫兹特征谱,太赫兹光谱技术通过检测吸收系数、折射系数和反射系数来识别不同的生物分子、细胞或组织。实时、无标记的检测方式有望在临床实践中发挥重要作用,但仍需克服生物安全性不明等困难。综述介绍了太赫兹技术在医学科学中的应用及研究进展,同时探讨了太赫兹技术目前需要克服的难题和潜在的生物安全性问题。

石墨烯双曲超材料中的太赫兹渡越辐射

本文理论预期了一种中心频率可调、高功率密度的宽频太赫兹辐射。研究表明,该辐射来源于自由电子垂直穿过多层石墨烯-介质复合结构时激发的表面等离子体激元的相互耦合。数值计算结果表明,该辐射所需自由电子能量极低;辐射频率几乎覆盖了整个太赫兹频段,其中心频率可通过调节石墨烯化学势进行调谐;且由于表面激元的场增强作用,该辐射场强较普通渡越辐射大两个数量级以上。因此,本文所提出的机理有利于开发小型化的宽频可调片上太赫兹辐射源。

双共焦波导结构二次谐波太赫兹回旋管谐振腔设计

准光共焦波导具有功率容量大、模式密度低的特点,能够有效地减少模式竞争对回旋管互作用的影响,有利于高次谐波太赫兹回旋管的设计.为提高太赫兹准光回旋管的互作用效率,在共焦柱面波导的基础上,研究了一种新型高频互作用结构——双共焦波导结构,设计了一种330 GHz二次谐波双共焦结构回旋管谐振腔并对其进行了理论分析和粒子模拟.研究结果表明,双共焦谐振腔中的高阶模式能够与高次电子回旋谐波发生稳定的相互作用,并且没有模式竞争现象,具备工作在太赫兹波段的潜力.相比普通共焦波导谐振腔,双共焦谐振腔能够增强准光回旋管的注波互作用强度,提高回旋管的输出功率和工作效率.此外,结果还表明双共焦波导中的电磁波模式是一种由两个独立的共焦波导模式叠加而成的混合模式.利用这种混合模式有望实现太赫兹回旋管的单注双频工作,为新型太赫兹辐射源的研究提供了新的途径.

基于狄拉克半金属光栅中表面等离子体波的史密斯-珀塞尔相干多频太赫兹辐射

本文提出一种产生相干多频太赫兹辐射的物理机制,即利用电子注激发狄拉克半金属光栅加载介质基底结构中表面等离子体波并通过史密斯-珀塞尔效应和切伦科夫效应转化为辐射场。电子注可以同时激发起两种完全不同的表面等离子体波模式,分别是光栅缝隙内的腔体表面等离子体波模式和光栅表面的常规表面等离子体波模式,它们具有完全不同的激发条件和辐射特性,本文对其中的物理机制进行了详细分析。腔体表面等离子体波模式的色散决定于光栅材料和结构,调节光栅结构和电子注参数能够大范围调节辐射频率。两种表面等离子体波模式对辐射场均有极大的增强。因此,本文提出了一种产生相干、可调、高功率密度、覆盖整个波段的太赫兹辐射的物理机制。

双共焦波导回旋行波管高频结构的电磁特性研究

研究了双共焦波导回旋行波管高频结构的电磁特性。根据惠根斯原理的光衍射理论,分析得出双共焦波导中的两类本征模式(叠加模和环形模)对应的截止频率和场分布情况。理论分析结果与商用仿真软件CST的仿真结果一致。其中用作回旋行波管工作模式的“反相叠加TE06模”的损耗明显小于其他模式,这种不同模式损耗不同的特性将有效抑制竞争模式带来的寄生振荡。双共焦波导的模式密度略大于传统单共焦波导的模式密度,但是明显小于圆波导的模式密度,因此双共焦波导适合用作回旋行波管的高频结构。