文中利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)检测不同浓度的叔丁醇溶液, 获得在0.3~1.0 THz频谱范围内不同浓度叔丁醇溶液吸收系数的变化曲线, 并通过密堆积模型分析实验结果与理论计算的差异, 对比分析得出: 在参数选择恰当的情况下, 利用THz-TDS技术进行检测并结合数据分析, 可计算出叔丁醇溶液中叔丁醇分子周围的水合数。这些结果对后期分析醇类分子的溶液体系具有重要参考价值。

在针对人体安检的站开式太赫兹阵列雷达三维成像中, 散斑效应严重影响了对体表隐藏违禁品的检测和识别性能, 为此, 对全息散斑进行有效抑制有着迫切的需要。利用目标旋转带来的角度自由度, 结合目标散射对角度的敏感性, 提出了一种基于相关视角多视校正的太赫兹全息雷达散斑抑制方法。在理论上推导了全息雷达散斑强度在相关角度照射下的归一化协方差表达式, 给出了相关视角多视处理后的散斑对比度。在实验上利用340 GHz站开式MIMO阵列成像系统的快速成像的优势, 对低速旋转目标在相关视角下的单视成像结果进行成像空间旋转校正、目标配准和多视处理。处理后散斑对比度降低至单视散斑的44％, 散斑得到了有效抑制, 目标轮廓明显, 细节更加丰富。该方法能够在不增加系统复杂度的条件下有效抑制散斑噪声, 实现图像增强。

太赫兹干涉成像是一种基于频谱域的成像方法, 通过对目标场景的频谱域信息采样重构目标图像, 避免了逐像素扫描, 所需的探测阵元数目少, 在图像获取速率和成像分辨率上具有发展潜力。研究了太赫兹干涉成像原理及其实现方法, 分析了成像分辨率和有效视场问题。通过仿真实验分析了目标场景中存在噪声对成像质量的影响, 表明干涉成像对目标噪声较为敏感。对安检应用场景的反射成像模式进行了分析, 证明了原理系统的适用性。仿真结果所得结论可为太赫兹干涉成像系统设计和实际应用提供理论依据和技术支持。

钢筋参数(位置、直径等)对于已建建筑的安全性具有非常重要的作用。提出了一种利用太赫兹波检测建筑物内钢筋位置和直径的方法, 选取太赫兹波作为检测信号, 利用太赫兹波对非金属的建筑实体(如水泥、砖、石灰等)有着较强的穿透性以及对金属(钢筋)几乎全反射的特性,实现太赫兹波穿透建筑实体检测钢筋的功能。同时相对于微波而言太赫兹波易于实现极窄的天线波束, 从而达到很高的检测精度, 相对于磁感应仪而言其不受外界磁场环境的影响。经理论分析与工程实验表明, 该方法完全能够满足实际工程应用中的检测要求。

太赫兹光电导天线广泛应用于宽带脉冲太赫兹波的检测, 是太赫兹光谱和成像系统中的重要器件。偶极子光电导天线由于其结构简单、制作容易成为使用最广泛的一类太赫兹光电导接收天线。衡量太赫兹光电导探测天线的一个重要指标是其响应带宽。针对偶极子天线的探测带宽, 分别对天线臂长为10、50、150 μm的偶极子天线及一种作为对比的178 μm的蝶形天线(Bowtie antenna)进行了实验及理论研究。结果显示其探测带宽随天线臂长增加而减小, 与微波天线理论一致。进一步的, 采用商用电磁场数值仿真软件进行建模仿真, 仿真结果与理论及实验结果具有很好的一致性, 证实数值仿真已在很大程度上模拟出实际天线的特性, 从而为优化结构参数制作大宽带和高灵敏度的太赫兹天线提供支持。同时, 对超半球硅衬底透镜对天线接收频谱的影响也进行了探讨。

研究了锗基单层石墨烯结构宽带光控太赫兹调制器。利用实验室搭建的太赫兹时域光谱系统, 实验证明了在1 550 nm 飞秒光泵浦下, 该太赫兹调制器工作带宽为0.2~1.5 THz。当泵浦光功率从0增加到250 mW时, 该太赫兹波调制器的平均透过率从40%下降到22%, 平均吸收系数从19 cm-1增加到44 cm-1, 在0.2~0.7 THz, 调制深度均高于50%, 最大调制深度为62%(0.38 THz)。实验结果表明, 相比于纯锗基太赫兹调制器, 单层石墨烯的引入能增强对太赫兹波的调制效果。

太赫兹数字全息是当今太赫兹成像领域的研究热点之一。以真实连续太赫兹同轴数字全息再现像作为研究对象，进行了基于小波变换的去噪研究。选用“bior2.2”和“sym4”两种小波基，分别采用硬阈值和软阈值方式，对全息再现图像进行小波阈值去噪和基于小波的同态滤波处理，然后定量分析去噪结果。实验结果证明，对连续太赫兹同轴数字全息系统记录的再现像，采用“bior2.2”小波基的基于小波软阈值去噪的同态滤波，对太赫兹同轴数字全息再现图的去噪效果最好。

利用太赫兹时域光谱系统研究温度对GaAs基底上生长的太赫兹亚波长金属结构的透过率及共振特性的影响。实验发现，温度从低温80 K升高至380 K，样品的透过率逐渐降低，且低频共振频率处有轻微的红移现象。通过研究共振带区域及远离共振带区域的透过率情况，分析了总体透过率降低的根本原因在于温度升高导致GaAs基底的本征载流子浓度升高；共振凹陷减弱是由于基底载流子的变化致使透过率升高形成的；红移现象的产生是由于温度升高导致样品折射率增大。此外，该研究可以为太赫兹范围的功能器件在实际应用和生产制造中提供有意义的参考。

测量液体或气体样品的太赫兹光学参数时，常采用石英玻璃作为容器，因此在计算样品的折射率和吸收率时需要考虑石英玻璃太赫兹光学参数的影响。文中利用太赫兹时域谱技术测量了石英玻璃的太赫兹时域光谱，根据测量模型计算了太赫兹波段的折射率和吸收率，并利用误差传播理论分析了这些光学参数的误差。结果发现折射率误差在0.2~2.0 THz范围内基本保持不变，而吸收率误差则随频率增大而呈指数增大。这对于提高测量石英玻璃容器中的气体及液体样品太赫兹光学参数的准确性具有重要价值。

应用太赫兹时域光谱技术研究了烷基化汽油中烯烃在太赫兹波段的性质。以烷基化汽油中的2，4，4-三甲基戊烯为例，分析了其不同浓度在太赫兹波段产生的光谱响应。结果表明, 对于烯烃含量不同的烷基化汽油，其信号中的峰强具有明显不同，并随着浓度的变化呈线性变化。利用时域谱最大值和最小值之和拟合而成的预测曲线对两种未知浓度样品进行预测，其误差均小于0.5%。同时对其不同频率下的吸收系数进行拟合与分析。根据太赫兹光谱最原始的幅值信息及其吸收系数可对其中烯烃含量进行快速定性，甚至是定量分析, 为烷基化汽油中烃含量和品质的定量检测作基础。