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中国激光 2019年第06期杂志 文档列表

中国激光杂志“太赫兹科学与技术”专题

“太赫兹科学与技术”专题前言1-2

摘要：在人类所了解的电磁波谱中,太赫兹波介于微波与红外光之间,其频率范围通常为0.1~10THz,对应波长3~0.03mm。作为非电离电磁波,太赫兹辐射处于宏观经典理论向微观量子理论的频域过渡区,兼备电子学和光子学的双重特征。近三十年来,太赫兹科学与技术蓬勃发展,无疑是一个非常活跃的研究领域。

应用于动态核极化核磁共振的太赫兹回旋管3-8

摘要：太赫兹波驱动的动态核极化核磁共振波谱技术能将信号灵敏度提高几个数量级,太赫兹回旋管可实现高功率输出,并有一定的频率调谐范围,符合核磁共振波谱系统对太赫兹辐射源的需求。介绍了应用于核磁共振波谱系统的频率可调太赫兹回旋管的发展,研究了多段式腔体结构以及频率可调太赫兹回旋管中工作电压和磁场与电子注质量的关系。在应用于动态核极化核磁共振的太赫兹频率可调回旋管工作时,多段式腔体结构明显优于传统三段式谐振腔。在设计太赫兹频率可调回旋管时,不仅要考虑改变工作电压或磁场导致的电子横纵速度比的变化,而且还要考虑改变工作电压或磁场导致的电子速度离散和引导中心半径离散的变化。

太赫兹光谱技术在生物医学检测中的定性与定量分析算法9-16

摘要：提出了两种有效混合物成分的定性与定量分析算法。针对混合物中每种成分太赫兹光谱已知的情况,提出了已知混合物成分光谱分析法,该方法具有步骤简单、样本需求量少的优点。而针对成分过多或部分成分光谱无法有效获得的情况,提出了未知混合物成分光谱分析法,该方法适用于多成分混合物,具有精度较高的优点,样本需求量多于已知混合物成分光谱分析法,但计算量相比传统算法大幅缩减。相关工作为生物医学领域中关键物质的识别和测量提供了新的思路和方法。

六氮五铌微测热辐射计太赫兹阵列探测芯片研究17-27

摘要：太赫兹技术在安检成像等领域具有重要的应用前景,然而当前太赫兹技术应用面临高灵敏度太赫兹探测器缺乏的困难,因此开发检测灵敏度高、响应速度快、可室温工作、便于集成超大规模阵列的探测芯片具有重要科学意义和实际应用价值。太赫兹波段的微测热辐射计(microbolometer)阵列芯片和红外相机读出电路兼容,是最先实现太赫兹相机的芯片,成为研制太赫兹相机的主流。我们研制的Nb5N6 microbolometer阵列器件,由于可常温工作、工艺简单、检测灵敏度高、响应速度快、便于集成超大规模阵列,受到了国际科学界和工业界的关注。就Nb5N6 microbolometer太赫兹阵列探测芯片在设计制备过程中遇到的一些关键技术问题,如衬底干涉效应、高效耦合结构设计、低噪声读出电路设计、及焦平面阵列与读出电路的封装集成等,进行介绍和总结,为大规模太赫兹阵列探测芯片的设计与制备提供参考。

基于太赫兹半导体量子阱器件的光电表征技术及应用28-41

摘要：光电表征技术是太赫兹应用技术的重要基础,涵盖了太赫兹频段光电器件表征、光谱测量、光束改善以及通信和成像应用等多个方面,在太赫兹应用领域中发挥着重要作用。介绍了太赫兹频段两种半导体量子器件的工作原理和最新进展,综述了二者在太赫兹脉冲功率测量、探测器响应率标定等光电表征技术中的应用及其在太赫兹快速调制与探测、太赫兹扫描成像系统中的应用,最后介绍了太赫兹光电表征技术的改善,包括激光源光束质量改善和探测器有效探测面积的提高方法等,并给出了器件及表征技术的潜在应用。

太赫兹超导人工电磁超材料的研究进展42-49

摘要：太赫兹人工电磁超材料一直存在损耗大、性能不佳和不可灵活调控等问题。超导材料的损耗极低,是太赫兹波段高性能功能器件的优选材料之一。介绍了太赫兹超导人工电磁超材料的发展,并详细总结了其低损耗的特性以及灵活调控的方法。结合太赫兹波段高性能功能器件的应用需求,分析了太赫兹功能器件的发展趋势、存在的问题以及所面临的关键科学问题。

太赫兹液晶可调谐功能器件50-63

摘要：介绍了不同液晶材料在太赫兹(THz)波段的光学各向异性和外场调制特性。在此基础上,综述了几种基于液晶与人工电磁微结构相结合的THz功能器件,该器件可实现对THz波的调谐滤波、电磁诱导透明、相位调制以及偏振控制功能等;系统地分析了液晶与人工电磁微结构的相互作用机理、THz波长尺度下液晶的外场调控规律与表面相互作用。此外,还对THz液晶光子器件的研究发展趋势进行了展望。

太赫兹特殊光束的研究与应用64-78

摘要：太赫兹特殊光束具有独特的光场分布和衍射特性,在粒子操控、光学成像和光通信等众多领域都有着明显的发展优势。综述了近年来本课题组和其他科研团队在太赫兹特殊光束方面展开的部分研究,包括太赫兹贝塞尔光束、涡旋光束、艾里光束、瓶子光束和径向偏振光束,系统地阐述了这些光束的光场分布特征、衍射特性及其潜在应用前景,旨在探讨太赫兹特殊光束对未来太赫兹技术的推动作用。

基于倾斜波前技术的高能强场太赫兹辐射脉冲源79-97

摘要：回顾了基于倾斜波前技术并利用飞秒激光抽运铌酸锂晶体产生高能强场太赫兹辐射脉冲源的研究背景和发展历程,系统地介绍了倾斜波前装置中各组成部分对太赫兹辐射脉冲的能量转化效率以及发射特性的影响,提出了利用这种技术产生mJ量级的超强太赫兹源的可能途径,展示了强太赫兹源的潜在应用价值。

太赫兹辐射的时域光谱单发探测98-109

摘要：随着大功率激光技术的发展,由其驱动产生的太赫兹辐射受到了广泛关注。然而,大功率激光装置的重复频率低,测量其产生的太赫兹辐射的难度较大。采用时域光谱单发探测技术可以克服这一探测难点,通过单次测量就能得到太赫兹辐射的电场波形信息。回顾了太赫兹辐射时域光谱单发探测的相关研究工作进展。根据频率-时间编码和空间-时间编码两种不同的原理,详细介绍了啁啾脉冲光谱编码探测和空间-时间编码探测等测量技术,并对各个测量技术的特点和参数进行了对比,最后对太赫兹辐射的单发探测作了总结和展望。

基于激光成丝的太赫兹时域光谱系统研究综述110-129

摘要：太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术是一种使用相干探测的频谱分析手段。THz-TDS系统集太赫兹波发射器与探测器于一体,通过相干探测,可以同时获取太赫兹脉冲的电场强度和相位信息,广泛用于生物、材料、安检等领域。超快激光成丝产生太赫兹波是当前产生宽频谱、高强度太赫兹辐射的一个重要途径。文章详细介绍了超快激光成丝辐射太赫兹波的主流物理机制以及增强、调控太赫兹波的主要方法,阐述了基于激光成丝的THz-TDS系统的探测原理和探测手段。

石墨烯太赫兹波段性质及石墨烯基太赫兹器件130-149

摘要：石墨烯在太赫兹波段的优异性质,使其在太赫兹源、太赫兹探测和太赫兹调控三个方面都具备广阔的应用前景。主要对石墨烯在太赫兹波段的性质及石墨烯基太赫兹器件的相关研究进行了综述,并对石墨烯在太赫兹波段的应用前景进行了展望。在石墨烯太赫兹波段性质方面,主要介绍了石墨烯的电导模型、静态和超快光谱响应特性,以及表面太赫兹波辐射特性。在石墨烯基太赫兹器件方面,主要综述了基于光、电、磁调控的太赫兹主动器件,石墨烯基超材料的太赫兹调制器,基于阻抗匹配的减反射调控器件,以及可调太赫兹源器件的最新研究进展。

基于有机光电材料的太赫兹波调制器件研究进展150-160

摘要：有机光电材料具有制备成本低、加工难度小、易于工业化生产等特点,已经广泛应用于平板显示、照明、光伏电池等工业领域,近年来也广泛应用于太赫兹波动态调制的研究中。本研究主要综述了基于有机光电材料的太赫兹波调制器件的研究进展,分析了光调制及电调制两种调制方法的原理和优缺点,介绍了近几年来将有机光电材料应用于太赫兹波调制所取得的一系列科研成果。有机光电材料可以为实现太赫兹调制器件提供新的研究思路。

太赫兹辐照细胞生物学效应研究进展161-171

摘要：从成纤维细胞、上皮细胞、神经细胞、干细胞、淋巴细胞及生殖细胞几种常见的细胞系入手,详细阐述了太赫兹辐射对不同细胞的功能、蛋白表达及基因毒性等的影响。围绕辐照条件和响应机制,基于现有的细胞学研究成果,提出了针对太赫兹生物学研究及具体应用的建议。随着太赫兹理论在生物医学领域的不断发展和成熟,太赫兹技术必将对开创新型诊疗技术具有重要的意义。

应用于太赫兹成像的弧形多收多发阵列的设计方法172-178

摘要：提出了基于等效阵列概念的弧形多收多发(MIMO)阵列的设计方法,依照该方法设计了一种50发60收的弧形MIMO阵列,并在太赫兹波段进行仿真分析。结果表明,所设计的弧形MIMO阵列的成像分辨率接近于理论极限;该弧形MIMO阵列与包含3000个收发同置天线的等效阵列相比,点扩展函数的主瓣宽度一致、旁瓣波峰波谷的位置一一对应,其等效性得到了验证;与传统直线MIMO阵列相比,弧形MIMO阵列的成像范围较大,其旁栅伪影得到明显抑制,这有利于获得更好的曲面目标侧面成像效果。

基于光栅结构太赫兹谐振器的醇水混合液检测179-185

摘要：利用基于柔性衬底的谐振器透射式太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统,对不同体积分数的乙醇-水混合液进行检测。随着乙醇体积分数增加,谐振频率出现蓝移,第二谐振峰的偏移量大于第一谐振峰的偏移量,最大偏移量达到52GHz,灵敏度约为100GHz/RIU。由于谐振器的柔性和极低的样品消耗(约20μL),这种方法使THz-TDS和太赫兹谐振器在生物领域的应用成为可能。

基于人工超表面/离子凝胶/石墨烯复合结构的太赫兹调幅器件186-194

摘要：设计并制备了基于人工超表面/离子凝胶/石墨烯复合结构的太赫兹调幅器件,并对其调制效果进行了模拟仿真和实验验证。该器件以嵌在石墨烯和超表面之间的离子凝胶为电解质,以石墨烯为主动材料,用超表面实现太赫兹波与石墨烯相互作用的增强。通过外加偏压调节石墨烯的电导率,进而达到对太赫兹波的主动控制。结果表明:该器件在较小的外加偏压下就可以在谐振频率处实现73%的调制深度,并且在调制过程中谐振频率几乎保持不变。该器件为小电压下的大幅度太赫兹调制提供了一种新手段。

左旋多巴宽频太赫兹光谱研究195-202

摘要：利用空气等离子体太赫兹时域光谱系统,获得了0.5~14.5THz范围内左旋多巴(L-DOPA)的特征指纹谱,并研究了吸收光谱随温度的变化效应。利用密度泛函理论计算L-DOPA的晶胞结构,并对太赫兹振动光谱进行了分析。结果表明:L-DOPA在太赫兹波段的吸收峰对应于不同的集体振动和分子局域振动,其中分子的集体振动在整个太赫兹波段分布较广,且苯环和分子侧链表现出不同的振动特点,这些结构振动特异性与分子构象以及分子间氢键的相互作用密切相关。