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太赫兹技术的优越特性以及应用(二)

2020.10.06
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

太赫兹探测技术

太赫兹探测技术也是太赫兹技术研究的一个重要组成部分,它涉及到物理学、光电子学、材料科学和半导体技术等,是一门综合性很强的技术。按照探测的原理可以分为太赫兹热探测器和太赫兹光子型探测器两大类。

●太赫兹热探测器的工作原理为:探测材料吸收太赫兹辐射,引起材料温度、电阻等参数的改变,再将其转换为电信号。

常见的太赫兹热探测器主要包括氘化硫酸三甘肽焦热电探测器、微机械硅bolometer 探测器以及钽酸锂焦热电探测器、超导隧道结和热电子混频器等。

●在太赫兹光子探测器中,电磁辐射被材料中的束缚电子或自由电子直接吸收,引起电子分布的变化,进而给出电信号输出。

常见的太赫兹光子探测器有太赫兹量子阱探测器、肖特基二极管和高迁移率晶体管等离子体波太赫兹探测器等。热探测器的极限探测灵敏度与探测器工作温度成正比,因此高灵敏太赫兹热探测器需要低温工作。

太赫兹光子探测器通常有高的损伤阈值和大的线性响应范围,探测灵敏度和响应速度间不存在相互制约,可以同时具备高探测灵敏度和快速响应能力。

太赫兹技术的优越特性以及应用

超导HEB 混频器的显微放大图

太赫兹技术的优越特性以及应用

THz量子阱探测器工作原理示意图:(a)器件结构;(b)器件能带结构和工作原理

太赫兹通信技术

太赫兹通信技术建立在传统无线通信的基础之上,由于太赫兹通信系统具有带宽大、传输速率高、保密性好等特点,随着现代社会对无线通信速率的要求不断提高,利用太赫兹波作为载波进行无线通信成为现代通信技术发展的必然。

太赫兹通信的应用场景包括短距离高速无线通信、空间通信和复杂军事环境条件下的保密通信等。

目前太赫兹通信还处在关键器件的研究开发、太赫兹通信系统整体结构方案的可行性论证以及实验室的研究与仿真演示阶段,亟需研制高性能的太赫兹固态器件,解决太赫兹信号的调制和信号处理技术,并制定相应的技术标准。

因此,太赫兹通信技术可以实现更高速率的信息传输,抢占带宽资源,这不仅具有很高的经济价值,还具有非常高的战略意义。

太赫兹技术的优越特性以及应用

THz通信技术应用构想图:太赫兹链路应用于基站间和设备间的数据传输

太赫兹成像技术

由于太赫兹频段光子能量较低,不会对被测物体造成损坏,并且对某些非极性材料具有良好的穿透能力,因此利用太赫兹波的穿透性和安全性等优点进行成像技术开发,可对被测物体进行成像,从而实现无损检测和安全检查。

根据成像机理,太赫兹成像分为被动式成像和主动式成像:

●被动式成像是通过太赫兹探测器对被测物体自身的辐射能量进行探测, 利用不同物质辐射强度的差异来实现成像和辨别。被动式成像是一种相对安全的成像方式,但是成像系统对信号本身的强度以及接收机的灵敏度要求较高。

●太赫兹主动式成像主要是通过太赫兹辐射源发射一定强度的太赫兹信号并照射到被测物体,利用太赫兹探测器接收被测物的反射波或者透射波,通过成像系统对探测器探测到的振幅和相位信息进行分析处理,得到被照射物体的图像。主动式成像系统可以对包括塑料、生物组织等非金属材料进行检测,并且可以有效地进行三维成像。

太赫兹技术的优越特性以及应用

利用太赫兹多彩成像装置成功实现对隐藏的农药残留物草酸铜、抗生素甲萘醌和维生素K的无损鉴别


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