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基于光子混频的可调谐连续太赫兹波辐射系统

中国激光 2014年第4期41卷 226-231页

作者：史同璐刘建军洪治中国计量学院太赫兹技术与应用研究所浙江杭州310018

基于光子混频原理及相干探测技术,利用外腔半导体激光器及一种蝶形交指结构低温砷化镓光电导天线,搭建了一个可调谐连续太赫兹波辐射探测系统。在室温条件下,实现了连续太赫兹波的产生及探测,其连续太赫兹波输出的线宽优于1 MHz。在频... 详细信息

基于光子混频原理及相干探测技术,利用外腔半导体激光器及一种蝶形交指结构低温砷化镓光电导天线,搭建了一个可调谐连续太赫兹波辐射探测系统。在室温条件下,实现了连续太赫兹波的产生及探测,其连续太赫兹波输出的线宽优于1 MHz。在频率小于0.70THz时,实验获得的系统信噪比均在50dB以上。在频率为0.50THz处,系统信噪比为64dB。另外,还实验研究了辐射太赫兹波电场强度与光电导天线偏置电场的关系,讨论了外腔半导体激光器模式对连续太赫兹波辐射的影响。

关键词：光谱学连续太赫兹波辐射光子混频光电导天线成像

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基于光子混频连续太赫兹波的厚度检测

激光技术 2016年第4期40卷 496-499页

作者：刘子烨刘建军洪治中国计量大学太赫兹技术与应用研究所杭州310018

为了将光子混频的连续太赫兹波透射成像系统应用于样品厚度检测中,采用该系统获得的相位信息对样品进行了2维厚度测量。利用两个外腔半导体结构的激光器搭建了基于光子混频的连续太赫兹波透射成像系统,并利用X-Y 2维电动平移台放置样品... 详细信息

为了将光子混频的连续太赫兹波透射成像系统应用于样品厚度检测中,采用该系统获得的相位信息对样品进行了2维厚度测量。利用两个外腔半导体结构的激光器搭建了基于光子混频的连续太赫兹波透射成像系统,并利用X-Y 2维电动平移台放置样品进行点点扫描成像。该系统可同时获得样品的幅度信息和相位信息,在太赫兹波辐射频率0.47THz时,系统信噪比可达68d B。计算得出的厚度值与实际样品的厚度值最大相差0.02mm;另外还分析了平行平面样品干涉效应和样品不同透射强度对厚度测量的影响。结果表明,样品折射率越高,平行平面干涉效应对厚度测量影响越大;样品透射系数越大,测量精度也越高。当样品太赫兹波透射系数大于0.5时,厚度测量精度优于2.0%。

关键词：测量与计量厚度测量相位信息光子混频连续太赫兹波成像

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基于光子混频的连续太赫兹波辐射系统

基于光子混频的连续太赫兹波辐射系统

作者：张蒙恩中国计量学院

学位级别：硕士

随着高分辨率太赫兹光谱及成像技术在生物医学、环境监测、反毒反恐应用中日趋重要，窄线宽可调谐连续太赫兹辐射源的研究与开发成为了人们关注的焦点。基于光子混频的光电导天线是一种重要的连续太赫兹辐射产生方式，它能将打在电极间... 详细信息

随着高分辨率太赫兹光谱及成像技术在生物医学、环境监测、反毒反恐应用中日趋重要，窄线宽可调谐连续太赫兹辐射源的研究与开发成为了人们关注的焦点。基于光子混频的光电导天线是一种重要的连续太赫兹辐射产生方式，它能将打在电极间隙的入射激光有效地转化成连续太赫兹波，还具有线宽窄、室温下工作、结构小巧紧凑、可调谐范围宽等优点。然而，受光电导天线辐射效率以及光子混频能量转换效率等因素的影响，国内目前还没有利用光电导天线实现光子混频连续太赫兹辐射与探测的实验报道。本文针对基于光子混频的连续太赫兹辐射产生及探测展开研究，主要包括：太赫兹偏振分束器的设计、制备及测试;基于光子混频的光电导天线连续太赫兹辐射源和探测器系统的设计、搭建及调试。本文的主要工作如下： (1)介绍了光电导天线的基本特性，分析了利用光电导天线辐射连续太赫兹波的光子混频原理，讨论了半导体激光器模式输出的动态特性。 (2)太赫兹偏振器可以提高连续太赫兹波辐射系统的信噪比，本文利用商用软件COMSOL仿真了偏振分束器的性能，分析了常用的45°线栅偏振分束器的各项参数对其性能的影响。仿真结果表明：线栅占空比越大，周期越小，金属越厚，线栅偏振器的消光比越高。当入射角为Brewster角时，由于不受F-P干涉效应影响，偏振分束器的TM偏振透过率曲线消除了周期性波动，且反射消光比会有明显提高。最后，参照实验室现有制备系统工艺，设计并制备了一个周期为20μm、占空比为0.55的太赫兹偏振分束器。 (3)基于返波管振荡器搭建了太赫兹偏振分束器透射/反射特性测试系统，测试结果表明：Brewster角时入射时TM偏振透过率是一条光滑曲线，且反射消光比在0.34THz处较45°入射时有14.5dB的提高。目前，国际上还没有关于Brewster角偏振分束器反射特性分析测试的相关报道。利用太赫兹时域光谱系统对所制备线栅的宽带透射特性进行测试，测试结果表明：在0.2-1.5THz频域内TM偏振透过率大于80%，透射消光比大于20dB。实验结果与仿真结果一致。 (4)以光电导天线作为太赫兹辐射源和探测器，搭建了一个基于光子混频的连续THz辐射实验系统，在国内首次用该方法成功产生并探测了连续太赫兹辐射信号。通过调整两个半导体激光器输出激光模式的稳定性，调节两束拍频激光在空间的重合度以及对光电导天线特性进行优化等，成功获得了信噪比为40dB、频率为0.41THz的连续太赫兹波辐射与探测。实验结果分析表明目前半导体激光器输出单模的稳定性是影响系统信噪比的关键。

关键词：连续太赫兹波光子混频有限元方法光电导天线激光诱导和化学镀铜偏振分束器 COMSOL

基于光子混频的连续太赫兹波成像系统设计及应用

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基于光子混频的连续太赫兹波成像系统设计及应用

作者：刘子烨中国计量学院

学位级别：硕士

太赫兹波(Terahertz,简称THz)时域光谱技术具有丰富的光谱信息,不仅可以鉴别物体的成分,还可重构物体的厚度分布或折射率等,但是系统复杂、成本高、成像速度较慢。相对脉冲THz波成像系统,连续THz波成像系统有效地降低了系统的复杂度及成... 详细信息

太赫兹波(Terahertz,简称THz)时域光谱技术具有丰富的光谱信息,不仅可以鉴别物体的成分,还可重构物体的厚度分布或折射率等,但是系统复杂、成本高、成像速度较慢。相对脉冲THz波成像系统,连续THz波成像系统有效地降低了系统的复杂度及成本,提高了成像速度。但返波管、耿氏二极管等传统的透反射成像系统只能得到幅度信息,不能得到相位信息,物体的折射率或厚度信息不能被反映。基于光子混频的连续THz波成像系统可同时获得物体的幅度信息和相位信息,但目前国内相关方面的研究相对较少。本文搭建了基于光子混频的连续THz波透射成像系统,并对此系统进行应用,主要研究内容如下:(1)利用频差在THz波频率范围内的两个外腔半导体激光器搭建了基于光子混频的连续THz波透射成像系统,并对该系统的性能进行了测试。该系统可同时获得物体的幅度信息和相位信息,在太赫兹波工作频率0.47 THz时,系统信噪比可达68 dB,系统的分辨率为1 mm;对幅值信息成像进行了应用,如:刀片成像、系统透视成像、系统无损检测等。信号调制频率、锁相放大器的时间常数、采样速率以及样品二维平移台的电极速度等要根据实际需要匹配最佳实验参数,达到最优的成像结果。(2)利用光子混频连续THz波透射成像系统获得的相位信息对样品的厚度和折射率进行了测量;分析了样品不同透射强度和平行平面样品干涉效应对相位测量的影响,并对结果进行了分析。实验结果表明:当样品的太赫兹透射系数大于0.5时,测量精度优于2.0%;随着透射系数的不断减小,测量精度明显下降。当平行平面样品折射率较高时,干涉效应会影响测量精度,此时应选取适当的参考样品进行待测样品的测量。

关键词：光子混频连续太赫兹波成像厚度测量折射率测量

基于光子混频原理的连续太赫兹波系统及信号采集分析

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光学仪器 2010年第4期32卷 43-47页

作者：徐英刘建军浙江大学现代光学仪器国家重点实验室光及电磁波研究中心浙江杭州310058 中国计量学院太赫兹技术与应用研究所浙江杭州310018

由于连续太赫兹波辐射具有非常窄的频宽,在需要精细光谱分辨力的测量中具有重要应用。文中基于光子混频原理,采用两个独立的半导体激光器作为蝶形光电导天线的辐照光源,搭建了一个室温工作且可调谐的连续太赫兹波系统。重点讨论了太赫... 详细信息

由于连续太赫兹波辐射具有非常窄的频宽,在需要精细光谱分辨力的测量中具有重要应用。文中基于光子混频原理,采用两个独立的半导体激光器作为蝶形光电导天线的辐照光源,搭建了一个室温工作且可调谐的连续太赫兹波系统。重点讨论了太赫兹信号采集软件的设计;并对诊断模式、抽样模式以及连续模式下获得的信号进行了简要分析。

关键词：太赫兹辐射光子混频光电导天线信号采集

130~170 GHz平坦毫米波噪声信号产生技术

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中国科学：信息科学 2022年第11期52卷 2155-2162页

作者：孙粤辉郭亚王云才刘文杰黄海碧黄奕敏秦玉文广东工业大学信息工程学院广东省信息光子技术重点实验室广州510006 西北工业大学电子信息学院西安710072

本文提出了一种基于三束非相干光混频产生D波段平坦毫米波噪声信号的方法.通过设置与调节三束光的中心波长与滤波光谱宽度,利用高速光电探测器同时实现光生毫米波噪声信号的频率范围与功率谱平坦度有效可控.理论分析了三束高斯型非相干... 详细信息

本文提出了一种基于三束非相干光混频产生D波段平坦毫米波噪声信号的方法.通过设置与调节三束光的中心波长与滤波光谱宽度,利用高速光电探测器同时实现光生毫米波噪声信号的频率范围与功率谱平坦度有效可控.理论分析了三束高斯型非相干光的中心波长差、滤波光谱宽度与预设频段噪声功率谱平坦度的关系.实验中,以单行载流子光电探测器(UTC-PD)为光混频器,在130~170 GHz产生了超噪比(ENR)>35 dB、平坦度低至±2.5 dB的D波段毫米波噪声信号.

关键词：噪声发生器毫米波噪声光子混频超噪比平坦度

偏置电场对THz辐射强度影响的蒙特卡罗模拟

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浙江大学学报（工学版） 2012年第5期46卷 899-904页

作者：徐英洪治中国计量学院太赫兹技术与应用研究所浙江杭州310018 浙江大学光及电磁波研究中心浙江杭州310058

采用系综蒙特卡罗方法对光生载流子在偏置电场作用下的输运过程进行模拟,从微观角度研究偏置电场对连续太赫兹辐射强度的影响.模拟结果表明,由于空间电荷电场屏蔽效应以及散射等因素的影响,太赫兹辐射强度先是随偏置电场的增强而上升,... 详细信息

采用系综蒙特卡罗方法对光生载流子在偏置电场作用下的输运过程进行模拟,从微观角度研究偏置电场对连续太赫兹辐射强度的影响.模拟结果表明,由于空间电荷电场屏蔽效应以及散射等因素的影响,太赫兹辐射强度先是随偏置电场的增强而上升,当达到峰值后逐渐趋于饱和.虽然降低温度使粒子发生散射的几率降低,但同时也减小粒子的初始能量,故低偏置电场时低温下连续太赫兹辐射功率比常温下小,而当偏置电场超过某一阈值时,降低温度能够提高连续太赫兹辐射功率.

关键词：连续太赫兹辐射偏置电场蒙特卡罗模拟光子混频

0.1THz-2.5THz连续调谐太赫兹信号产生技术研究

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0.1THz-2.5THz连续调谐太赫兹信号产生技术研究

2023年全国微波毫米波会议

作者：张延涛韩忠朱兴邦张桂鸣杨延召蔡高航吴斌邓建钦姜万顺年夫顺中国电子科技集团公司第四十一研究所中电科思仪科技股份有限公司

本文基于光子学混频原理开展了太赫兹信号产生技术研究,实现了频率在宽光谱范围连续可调谐的太赫兹波输出。首先,根据宽带调谐的需求,研制了用于激励光电导天线的可调谐激光光源,该光源基于外腔半导体技术而设计,实现了1510nm～1560nm... 详细信息

本文基于光子学混频原理开展了太赫兹信号产生技术研究,实现了频率在宽光谱范围连续可调谐的太赫兹波输出。首先,根据宽带调谐的需求,研制了用于激励光电导天线的可调谐激光光源,该光源基于外腔半导体技术而设计,实现了1510nm～1560nm波长范围内的连续调谐激光输出,波长分辨率达到1pm;接着,根据光子混频方法设计与搭建了一套可室温工作的太赫兹信号产生系统,该系统采用一台定频激光器及自研可调谐激光器作为光电导天线的基频激励光源,结合光电导天线偏压驱动实现了太赫兹信号的产生;最后用相干探测方法对系统的关键指标进行了测试验证,结果表明该系统的频率调谐范围为0.1THz-2.5THz,随着输出频率的增加,太赫兹信号的强度逐步减小,在2.5THz处的信噪比降至15dB,可以满足光谱分析等对宽带可调谐太赫兹信号的需求。

关键词：光子混频相干探测连续调谐太赫兹

来源： cnki会议评论

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基于光子技术的实时频率测量方法

大连理工大学学报 2014年第1期54卷 1-5页

作者：胡墅韩秀友石暖暖谷一英胡晶晶赵明山大连理工大学物理与光电工程学院辽宁大连116024

研究了一种基于光子技术的实时频率测量方法，该方法利用两个级联强度调制器构成光子混频结构．通过理论分析与模拟仿真，设计了光通道与射频通道延时差，以优化测量带宽，同时保证测量精度．由于测量系统对微波信号实现混频后，输出的... 详细信息

研究了一种基于光子技术的实时频率测量方法，该方法利用两个级联强度调制器构成光子混频结构．通过理论分析与模拟仿真，设计了光通道与射频通道延时差，以优化测量带宽，同时保证测量精度．由于测量系统对微波信号实现混频后，输出的直流光功率与频率存在对应关系，利用光功率计对直流光功率进行监测，便可实现实时频率测量．该系统未采用光电探测器，极大地降低了系统成本．实验结果表明，在1～6 GHz频率下，测量误差低于±0．12 GHz ．

关键词：实时频率测量微波光子学光子混频