“太赫兹科学与技术”栏目编者按

正电磁频谱是关乎国家安全和发展的重要战略资源,开发利用电磁频谱是建设科技强国的重要支撑。太赫兹波是最后一段被集中开发利用的电磁频谱,位于微波和红外之间,处于宏观经典理论向微观量子理论过渡的区域。太赫兹技术关乎国家电磁频谱安全和制信息权优势,是新一代航天信息技术发展的战略方向。太赫兹技术是多学科交叉技术,涉及到电子信息全产业链。在学科方面,太赫兹技术涉及微电子学与固体电子学、半导体激光光学、     

太赫兹雷达信号无源侦察技术研究

简要介绍太赫兹波的特性和性能,概述了太赫兹技术在雷达领域的主要应用及技术特点.提出太赫兹雷达信号无源侦察系统的原理框图,讨论太赫兹源、太赫兹混频器和太赫兹滤波器等主要太赫兹器件,分析太赫兹雷达信号无源侦察的关键技术.     

太赫兹技术在医学领域的应用与展望

太赫兹(THz)波也被称作T射线,通常是指频率范围在0.1 THz～10 THz之间的电磁波.近几年来,随着太赫兹仪器的改进,太赫兹系统变得更容易使用,极大地促进了对许多潜在应用的研究.太赫兹波具有良好的探测能力和非电离的特点,其在研究生物分子的结构特性和动力学,以及在医学生物组织的成像方面有重要的应用价值.本文主要介...     

太赫兹光谱探测技术发展现状与趋势*

光谱探测技术在物质识别、材料科学、生化及医药研究中有着广泛的应用。太赫兹波作为频率介于毫米波和红外之间的电磁波,由于其独特的光谱性质,近年来在光谱探测领域扮演着重要的角色。相比其他频段的光谱探测,极性分子对太赫兹光谱的特性吸收和太赫兹波的强相干性,使得太赫兹光谱探测可以直接获得材料的物化性质。首先介绍太赫兹技术原理,然后介绍太赫兹光谱技术特点、发展历程与现状,最后给出太赫兹光谱技术发展趋势。     

一种太赫兹可重构超表面设计方法

太赫兹是第六代无线通信系统的核心技术之一,而可重构超表面技术作为太赫兹感通一体的难点问题,对其进行研究具有重大的意义和价值。本文提出了一种基于肖特基二极管的1 bit相位可重构超表面,通过控制肖特基二极管的偏置电压可以控制超表面单元在‘0’和‘1’两种工作状态间切换,可重构超表面单元在203GHz～230GHz的频段内实现了在‘0’,‘1’两种状态下反射幅度均大于-1dB,反射相位有180°±20°的变化,基于对单元进行组阵仿真试验,通过合理的设计阵面上单元的工作状态,可以实现波束扫描功能。本文所提出的方法为太赫兹可重构超表面的研究提供了一种新思路,在未来6G太赫兹通信等领域有重要的应用价值。     

太赫兹雷达前沿探测成像技术

综述几种典型的太赫兹雷达前沿探测成像技术.首先,回顾太赫兹雷达技术的发展历程,分析其实用化进程中面临的挑战;然后,分别从太赫兹雷达增程、前视成像探测以及雷达信号处理三个方面展开论述,梳理太赫兹单光子探测、里德堡原子探测、孔径编码成像、涡旋目标微动探测以及智能信息处理五种典型的太赫兹雷达探测前沿技术的研究背景、基本原理、...     

面向未来大容量通信的太赫兹无线通信技术

随着现代社会的发展，信息需求量快速增长，低频段频谱资源逐渐耗尽，无线通信频谱开始向着太赫兹波段（0.1 THz~10 THz）拓展，太赫兹通信技术已然成为未来大容量通信的重要发展方向之一。围绕着太赫兹通信技术，介绍了太赫兹通信特点及其应用场景，太赫兹通信用核心元器件的发展，国内外现有成果对比以及未来可能的发展趋势。同时，分别对微波光子学太赫兹通信系统、全固态太赫兹混频通信系统和直接调制太赫兹通信系统三种不同架构的系统进行分析和讨论，并对太赫兹通信技术的发展趋势以及未来应用场景进行了探讨。     

硅基太赫兹频率源关键技术研究进展综述

随着太赫兹技术的发展,由于太赫兹THz(Terahertz)频段具有丰富的频谱资源和相对宽的带宽优势,因此太赫兹频率源表现出广泛的应用前景,如超高速短距无线/有线通信、雷达、医疗、成像和遥感传感器等.本文总结了硅基太赫兹频率源的最新研究成果和存在的问题,概述了近二十年来太赫兹倍频器、太赫兹振荡器、太赫兹天线、太赫兹辐射...     

太赫兹天馈与波束调控技术综述

太赫兹天馈与波束调控元件用于实现太赫兹信号的汇聚、功率分配、频率选择以及波形调整等功能,是太赫兹应用系统中必不可少的组成部分,已经广泛应用于射电天文、遥感与深空探测、雷达与成像、无线通信等领域。重点阐述了太赫兹反射面天线、太赫兹透镜、太赫兹分束器、分频器和匀束器等波束调控元件的基本原理和国内外现状,并对太赫兹天馈与波束调控技术的发展进行了展望。     

太赫兹焦平面阵列芯片技术

太赫兹焦平面阵列成像具有成像帧率高、凝视前视、实孔径成像的优点，是太赫兹成像技术中最具有可持续发展价值的技术途径之一。太赫兹焦平面阵列是太赫兹焦平面成像系统中的核心组件，其性能直接影响太赫兹焦平面阵列成像系统的灵敏度和分辨率。首先，介绍了太赫兹焦平面阵列的基本概念，包括系统工作原理、典型架构以及像素级太赫兹探测器；然后，分别介绍了检波式太赫兹焦平面阵列和混频式太赫兹焦平面阵列的发展现状；最后，总结了太赫兹焦平面阵列的关键技术和发展趋势。     

电磁超介质研究进展

电磁超介质是当前电磁学和物理研究领域中的前沿与热点，文章将左手材料、复合左／右手传输线、光子晶体统一在电磁超介质的体系下进行介绍，并论述了电磁超介质的发展现状。     

电磁超材料在超宽带雷达隐身微小卫星设计中的应用

针对微小卫星在雷达频段面临的宽带隐身问题,提出利用电磁超材料实现卫星隐身的设计方案,该方案包括两种不同类型的电磁超材料雷达吸波体。其中多层结构超宽带吸波体利用高阻表面设计耦合型吸波结构,适用于微小卫星星体及太阳能电池阵背光面,工作频带覆盖S、C、X、Ku频段;透光型混合结构宽带吸波体利用高透光的氧化铟锡设计吸波结构,适用于卫星电池阵受光面,隐身频带覆盖X、Ku频段。样件及整星的仿真和实验结果表明,电磁超材料构建的雷达吸波体可以实现超宽频带电磁波的有效吸收。将该材料应用于微小卫星的设计中,可以达到卫星整星RCS缩减的目的。该材料不论是机械强度、密度、透光性,还是抗原子氧剥蚀能力都具备潜在的工程应用价值。     

基于FSS的太赫兹功能器件研究

随着太赫兹技术的发展,在微波波段广泛使用的FSS器件结构也逐步被借鉴到太赫兹功能器件设计与制作中。基于FSS结构的太赫兹功能器件的主要优点是可以很方便地将不同功能的单元结构集成在一个器件上来实现对特定频率的操控。文章介绍了几种研究中的基于FSS的太赫兹功能器件,并通过自制的THz-TDS实验装置对部分器件的器件功能进行了测试,实验结果与仿真结果吻合较好,表明FSS器件具有良好的偏振控制能力和频率可选择性。通过相关基础研究,不仅可以拓展FSS结构在太赫兹领域的应用,同时可丰富FSS库。     

太赫兹焦平面阵列成像技术综述

太赫兹焦平面阵列成像技术是指以太赫兹波为载波或信息来源,以焦平面阵列为主体架构,兼具全天时全天候、凝视前视、高分辨率、实时视频成像等优点的先进探测感知技术,是太赫兹技术领域重要研究方向.首先回顾了太赫兹探测感知技术的发展历程与现状,重点介绍了几类典型太赫兹探测感知系统.然后,重点聚焦太赫兹焦平面阵列成像技术,分别介绍了...     

太赫兹光谱和功率计量研究进展

介绍太赫兹光谱和功率参数的计量方法,报导了中国计量科学研究院在太赫兹计量领域的工作进展。对于太赫兹光谱仪的校准,利用回波校准技术提高了太赫兹光谱仪的校准不确定度;对于太赫兹功率计量,自主研制了高吸收率太赫兹吸收涂层和太赫兹辐射热计,实现了太赫兹辐射功率溯源至国家激光功率基准。该研究为促进太赫兹技术发展提供量值溯源需求和准确测量技术保障。     

太赫兹目标雷达散射截面测量技术

THz波介于微波和红外之间,其所处的特殊频段使其具有很多优越的特性,具有频带宽、波长短、信息容量大等特点。在军事应用上,太赫兹探测技术具有较强的庭隐身能力和目标识别能力。但是,由于太赫兹频段在大气中衰减比较严重,除几个特定的大气窗口外,以目前的技术要实现在大气层内的太赫兹超宽带雷达系统是不现实的。太赫兹波在外太空的无损传播特性,使得其在空间攻防对抗方面将有着及其巨大的应用前景。作为太赫兹雷达系统研制的总体设计、指标论证的前提,目标的太赫兹散射特性必须进行预先研究。文章主要介绍国外的典型太赫兹波目标Rcs测量系统组成及其技术特点,以及本单位在太赫兹RCS测量研究中所取得的成果和开展的主要工作。     

基于深度网络的太赫兹波束预判方法研究

针对太赫兹波波束较窄引起的伺服天线被动跟踪无法达到空间太赫兹通信链路性能要求的问题,提出了一种基于优化深度网络的太赫兹波束预判方法。首先通过分析方位、俯仰角误差大小随运行周期、外推初始时刻的变化,得到高轨对低轨卫星指向误差呈周期性发散的特征;然后采用粒子群算法优化长短时记忆网络参数,对未来时刻指向误差进行预测并修正,针对粒子群算法易陷入局部最优、全局搜索能力较差的问题,通过动态调整粒子群算法的惯性权重,以达到优化长短时记忆网络的目的。仿真结果表明：基于改进后粒子群算法优化的长短时记忆网络能够有效预测未来时刻指向误差,在同一链路场景中相比未改进网络平均绝对百分比误差降低13.08%。     

太赫兹通信技术研究进展及空间应用展望

太赫兹波具有频带宽、传榆速率高、方向性好、安全性高、散射小及高穿透性等特性。近些年天体物理学,行星和地球科学研究的任务增多促进了太赫兹源和系统的不断发展。文章介绍和分析了太赫兹通信的一些关键技术和最新研究成果;同时,对太赫兹的技术发展趋势和应用前景做了展望。     

Terahertz circular dichroism spectroscopy: a potential approach to the in situ detection of life's metabolic and genetic machinery

We propose a terahertz (far-infrared) circular dichroism-based life-detection technology that may provide a universal and unequivocal spectroscopic signature of living systems regardless of their genesis. We argue that, irrespective of the specifics of their chemistry, all life forms will employ well-structured, chiral, stereochemically pure macromolecules (>500 atoms) as the catalysts with which they perform their metabolic and replicative functions. We also argue that nearly all such macromolecules will absorb strongly at terahertz frequencies and exhibit significant circular dichroism, and that this circular dichroism unambiguously distinguishes biological from abiological materials. Lastly, we describe several approaches to the fabrication of a terahertz circular dichroism spectrometer and provide preliminary experimental indications of their feasibility. Because terahertz circular dichroism signals arise from the molecular machinery necessary to carry out life's metabolic and genetic processes, this life-detection method differs fundamentally from more well-established approaches based on the detection of isotopic fractionation, "signature" carbon compounds, disequilibria, or other by-products of metabolism. Moreover, terahertz circular dichroism spectroscopy detects this machinery in a manner that makes few, if any, assumptions as to its chemical nature or the processes that it performs.