光电导天线材料对辐射太赫兹波特性的模拟分析

光电导天线是太赫兹时域光谱系统中普遍使用的宽带太赫兹辐射源,天线衬底材料对其辐射太赫兹波特性至关重要。目前广泛使用的光电导天线材料是第二代半导体材料GaAs,而第三代半导体材料具有更大的禁带宽度,对提高天线辐射太赫兹波的功率更有利。本文利用大孔径光电导天线的电流瞬冲模型,对常用光电导天线材料(SI-GaAs、LT-GaAs)和未来有望应用于光电导天线的第三代半导体材料(ZnSe、GaN、SiC)辐射太赫兹波的特性进行了仿真研究,结果表明在相同偏置电场和各自最高光通量触发下,LT-GaAs天线辐射太赫兹波的幅值最高、频谱最宽;第三代半导体材料制备的天线可以承受更高的偏置电场,在各自的最大偏置电场下辐射太赫兹波的强度远远大于GaAs天线。本工作对研制新型的第三代半导体光电导天线提供了理论指导。

基于SWCNTs薄膜的多谐振环太赫兹超表面传感特性

基于单壁碳纳米管(SWCNTs)薄膜,构建了一种具有多频窄带共振效应的新型太赫兹(THz)超表面。深入分析了周期性微结构单元参数对超表面的共振特性的影响;通过仿真及理论计算对器件的共振耦合机理进行研究,二者具有较好的一致性。通过在超表面覆盖不同折射率的介质层,分析这种THz超表面器件的折射率传感特性,灵敏度分析结果显示,该超表面器件可实现最高64 GHz/RIU的折射率传感。

利用里德堡原子探测微波和太赫兹波的研究

里德堡(Rydberg)原子具有极大的极化率和电偶极矩,并对外电场十分敏感,因此可利用Rydberg原子的量子干涉效应实现微波和太赫兹场的高精确度、自校准测量,基于Rydberg原子对太赫兹波频率上转换效应可实现太赫兹波段的实时成像。本文回顾了利用Rydberg原子的电磁诱导透明效应和Autler-Townes分裂现象实现对微波和太赫兹场的高精确度探测的研究进展,以及Rydberg原子在快速太赫兹成像方面的研究。

可用于农药传感的多带太赫兹超材料吸收器

多带太赫兹超材料吸收器是响应、操纵和调制太赫兹波的重要光子元件。本文基于周期性分裂环谐振器结构构建了一种多带太赫兹超材料吸收器。模拟和实验测试显示,在横磁(TM)极化情况下该超材料吸收器对0.918 THz和1.581 THz处的入射太赫兹波呈现出近似完美吸收。进一步,基于器件共振吸收峰的介电敏感特性,研究了负载不同浓度的多菌灵、三环唑、百草枯、塞苯隆4种农药溶液后超材料吸收器的传感性能,获得器件对4种农药的检测灵敏度分别为:1.06 GHz/ppm、0.65 GHz/ppm、0.67 GHz/ppm、2.07 GHz/ppm。结果表明该器件可实现对微量农药的传感检测,为今后食品质量安全控制提供了新的思路。

可产生任意偏振方向太赫兹波的光电导太赫兹辐射源

基于太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统,使用两个相互垂直的光电导天线构建了1×2 GaAs光电导太赫兹源阵列.通过调控各个阵元的偏置电压,对其辐射太赫兹波的偏振方向进行研究.结果表明:在已实现光电导发射天线阵列的高效合成以及可同时检测脉冲太赫兹波的振幅、相位及偏振态的探测天线的基础上,通过调控各个阵元的偏置电压分别改变了平行和垂直两个阵元辐射太赫兹波的强度;经过1×2 GaAs光电导太赫兹源阵列在远场的同步合成,可产生不同偏振方向的脉冲太赫兹波,实现了以全电控的方式产生任意偏振方向太赫兹波的光电导太赫兹辐射源.

基于超表面的超宽带线极化转换特性研究

极化转换在太赫兹调制领域具有重要的研究意义和应用价值。传统的极化转换器件存在尺寸大、集成度低、损耗高、带宽窄等诸多不足。该文提出一种对称“山”型超表面共振单元结构,可用于实现反射、透射极化转换器件的设计。其中反射型器件实现了极高极化转换率的宽带线极化转换,透射型器件实现了相对带宽达135.5%的超宽带线极化转换。采用各向异性理论分析了反射型器件产生极化转换的机制,并基于多重干涉理论对共振结构阵列与金属背板构成的类F-P腔进行了计算,计算结果与仿真吻合较好。进一步使用正交线栅类F-P腔与共振结构阵列,构成透射型器件,并深入分析了共振单元结构不同部分对宽带极化转换的贡献,讨论了不同结构形成的极化转换频段间的耦合方式。研究结果为基于固定相位差的超宽带偏振极化转换器件的实现以及超表面类F-P腔应用提供了新的思路。

基于波前倾斜的太赫兹单次测量研究

太赫兹单次测量技术可以对一些超快不可逆过程进行快速测量,在蛋白质变性、核爆模拟分析等领域具有广阔的应用前景。从飞秒激光放大器发出的光脉冲分成两束并分别经过两块光栅产生波前倾斜,一束作为抽运光激发铌酸锂晶体,基于光整流效应产生高功率太赫兹波;另一束作为探测光,采用正交平衡探测法探测。利用该光路产生太赫兹脉冲并对其进行单次测量,系统的时间窗口为16.8ps,频谱范围覆盖0.1~1.6THz。