1 1.西北工业大学 凝固技术国家重点实验室, 辐射探测材料与器件工信部重点实验室, 西安 710072
2 2.首都师范大学 超材料与器件北京市重点实验室, 北京 100048
3 3.中国电子科技集团公司 第四十六研究所, 天津 300220
太赫兹(Terahertz, THz)技术在工业无损检测、科学研究和**领域发挥着越来越重要的作用。作为太赫兹产生和探测最常用的电光晶体材料, ZnTe晶体在生长中依然面临众多挑战。为了制备大尺寸、均匀性好、高性能的ZnTe单晶, 本研究在温度梯度溶液法生长ZnTe晶体过程中引入坩埚旋转加速技术, 制备具有高结晶质量的ZnTe晶体。模拟计算得到不同坩埚旋转速度下生长界面处对流场和溶质分布, 研究了坩埚旋转对晶体生长过程中的固液界面稳定性和晶体内Te夹杂分布的影响规律, 证明坩埚旋转加速技术可以有效地促进熔体流动, 改善溶质传质能力, 稳定溶液法晶体生长的固液界面, 不仅避免出现尾部混合相区, 也减少了ZnTe晶体内Te夹杂相的数量并减小其尺寸。通过进一步优化坩埚旋转参数, 制备出具有较高结晶质量的大尺寸ZnTe晶体(ϕ60 mm)。同时, 得益于晶体良好的均匀性, 晶体对太赫兹的高响应区域超过90%, 边缘效应小, 满足太赫兹成像要求。研究表明，引入坩埚旋转加速技术为制备大尺寸ZnTe基电光晶体提供了新的思路。
ZnTe 坩埚旋转加速技术 固液界面 太赫兹探测 ZnTe accelerated crucible rotation technique solid-liquid interface terahertz detection
1 上海师范大学 数理学院，上海 200080
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室，上海 200083
石墨烯具有缺陷密度低、易大面积转移，载流子迁移率高等优异特性，但石墨烯具有的零带隙能带结构导致光生载流子寿命不高，制约了其在高灵敏光电探测器的应用。本工作中利用铁电材料CuInP2S6（CIPS）做顶栅来调控石墨烯的光电特性，探索了提升石墨烯太赫兹探测器灵敏度的可能性，研究了基于铁电调控下的石墨烯光热电效应和等离子体波自混频效应的探测机理，得到了高性能的石墨烯太赫兹探测器。在40 mV的偏置电压和2.12 V的栅压下，该器件在0.12 THz波段辐射下达到了0.5 A/W的响应率，响应时间为1.67 μs，噪声等效功率为0.81 nW/Hz1/2。在0.29 THz波段辐射下仍达到了0.12 A/W的响应率，且噪声等效功率为1.78 nW/Hz1/2。该工作展示了二维铁电异质结构在太赫兹波段中的巨大应用前景。
太赫兹探测 石墨烯 二维铁电 terahertz detection graphene two-dimensional ferroelectric
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院太赫兹研究中心, 天津 300072
2 俄克拉荷马州立大学电气与计算机工程学院,俄克拉荷马 静水城 74078, 美国
发展高性能的光电导天线是推动太赫兹科学及其相关技术不断进步的重要手段。系统地介绍了基于金属和介质超材料的高效光电导天线的研究工作,梳理了此类天线的发展历程并展望了其应用前景。关于超材料天线的研究主要是基于两类方法展开的,第一类是利用纳米级金属/介质超材料操控飞秒泵浦激光与光电导天线衬底间的相互作用,第二类方法则是在原有天线结构的基础上设计微米级金属/介质超材料对太赫兹波进行直接操控。这些基于超材料的新方法极大地促进了光电导天线的发展及其在交叉领域的应用。
太赫兹技术 超快光学 光电导天线 超材料 局域场增强 太赫兹辐射 太赫兹探测 中国激光
2021, 48(19): 1914004
给出了ZnTe电光晶体折射率和吸收系数随太赫兹波频率而变化的计算曲线, 比较了太赫兹波在ZnTe中传播时的相速度和群速度。通过与太赫兹频率和晶体厚度相关的电光效率响应函数, 理论计算了ZnTe电光晶体对太赫兹脉冲的探测电光响应, 得到了晶体厚度与探测到的太赫兹频谱宽度的定性关系, 从计算结果中找到了ZnTe电光晶体在5.3 THz和6.2 THz等多个频点的探测盲点, 这些探测盲点来自于ZnTe电光晶体与相应频点太赫兹波的栅格共振吸收。结合自制的大口径太赫兹光导天线和1 kHz脉冲重复频率的太赫兹时域光谱实验系统, 通过差分探测技术, 从实验上得到了太赫兹波极化方向与〈110〉型ZnTe晶体晶轴方向的六个最佳匹配角度, 给出了太赫兹电场最大值随晶轴与太赫兹波极化方向之间夹角变化的曲线及经验公式, 这将有利于在实践中对该现象的深入理解和对探测灵敏度的有效提高。
太赫兹探测 ZnTe晶体 电光响应 terahertz detection ZnTe crystal electric-optic response 红外与激光工程
2019, 48(12): 1219001
1 杭州电子科技大学电子信息学院, 浙江杭州 310018
2 中国电子科技集团公司第五十研究所, 上海 200331
制备了响应在太赫兹波段的台面型砷化镓 (GaAs)基阻挡杂质带 (BIB)探测器, 并进行了背景电流的测试分析。采用金属有机化学气相沉积 (MOCVD)工艺进行外延层生长, 能更有效地控制吸收层的掺杂浓度, 提高阻挡层的纯度。另外, 搭建了 GaAs基 BIB探测器的低温测试系统, 在3.4 K测试温度下, 对器件施加 -5~5 V偏压, 测得 300 K背景响应电流在 10-2~10-6 A量级。在低电流区, 电流随偏压增加的速率相对较快; 在高电流区, 电流随偏压增加的速率变得相对平缓。且对于相同偏压绝对值, 正偏压工作模式下的背景响应电流比负偏压工作模式下的背景电流高。基于测试结果, 重点分析了 GaAs基 BIB探测器的光电输运机理。
砷化镓 阻挡杂质带探测器 外延工艺 背景响应电流 暗电流 太赫兹探测 GaAs Blocked -Impurity-Band detector epitaxial process background current dark current terahertz detection 太赫兹科学与电子信息学报
2018, 16(3): 383
中国科学院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室, 北京 100083
太赫兹波成像技术在生物医疗和安全检测等领域具有广阔的应用前景。针对新一代信息技术对便携式太赫兹波成像设备的需求, 设计了基于CMOS太赫兹波探测器的成像系统。该系统包括一款CMOS太赫兹波探测器、片外模数转换器(ADC)、FPGA数字信号处理器、二位步进机、四个抛物面镜和太赫兹波辐射源等。CMOS太赫兹波探测器集成了片上贴片天线以及作为检波元件的NMOS晶体管, 探测器由180 nm标准CMOS工艺制成。太赫兹波探测器的输出被片外模数转换器(ADC)采集并转换为数字信号, 该数字信号被FPGA采集并传输到电脑上成像。所有上述元件均被装备在印刷线路板(PCB)上以减小系统体积。该系统实现了透射式太赫兹波扫描成像而无需斩波-锁相技术, 并给出在860 GHz的太赫兹波照射下隐藏在信封内部金属的成像结果。
太赫兹波成像 太赫兹波探测 terahertz imaging CMOS CMOS terahertz detection 红外与激光工程
2017, 46(1): 0125001
1 长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
2 中国科学院重庆绿色智能技术研究院太赫兹技术研究中心跨尺度制造技术重点实验室, 重庆 400714
太赫兹时域光谱(THz time-domain spectroscopy, THz-TDS)技术是一种非常有效的相干探测技术, 具有信噪比高, 探测带宽, 可在室温下工作, 可进行时间分辨测量等特点, 广泛应用于材料、 化学、 生物、 安检等领域。 较早时期的THz-TDS系统受限于太赫兹辐射源的带宽和光谱探测手段, 测量范围有限(<5 THz), 较高频段的光谱信息无法得到。 为了进一步扩大太赫兹时域光谱探测技术的应用范围, 迫切需要发展超宽带(≥10 THz)的太赫兹时域光谱探测技术。 本文回顾了太赫兹时域光谱探测技术的发展进程, 综述了实现超宽带太赫兹时域光谱探测的主要技术方法, 展示了不同测量方法的典型实验方案, 同时总结了不同探测方法的优缺点, 并追踪了主要研究小组的前沿成果以及最新的应用进展。
太赫兹光谱 太赫兹探测 超宽带 Terahertz spectroscopy Terahertz detection Ultra-broadband 光谱学与光谱分析
2016, 36(5): 1277
1 上海高晶影像科技有限公司， 上海 200433
2 中国科学院上海微系统与信息技术研究所中国科学院太赫兹固态技术重点实验室， 上海 200050
3 天津大学精密仪器与光电子工程学院太赫兹研究中心光电信息技术教育部重点实验室， 天津 300072
4 上海理工大学光电信息与计算机工程学院， 上海 200093
自制的太赫兹量子级联激光器性能良好且易于集成和实际应用。利用该激光器出射的太赫兹波对非金属物质的穿透性，在该激光器中配以辅助光路与阵列接收模块，设计出具有一定空间尺度和分辨率的透射式成像系统，对该成像系统中的光束整形关键参数选择因素进行了分析。将此成像系统与基于光电导天线对收发的全光纤太赫兹时域光谱系统相结合，实现了联动式太赫兹分析仪的设计。此联动式太赫兹分析仪可对非金属包装中的隐匿物品进行太赫兹波段成像与指纹谱的联动获取，整机操作软件能在后台控制与监控内部各设备，实现了对危险品的快速、直观、准确的定位以及对物品种类的无损分析。
成像系统 太赫兹检测技术 联动式太赫兹分析仪 量子级联激光器 光电导天线时域光谱
1 首都师范大学物理系太赫兹光电子学教育部重点实验室, 北京 100037
2 北京师范大学物理系北京市应用光学重点实验室, 北京 100875
太赫兹(THz)波检测是一种新型有效的相干检测方法,它可以同时获得被检测物质的振幅和相位信息.利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)对几种常见水进行了测谱分析;采取迭代的方法,消除了吸收近似带来的误差,完善了透射式太赫兹时域光谱技术中传统的数据处理方法;通过比较不同的滤波器,确定了Symlets9 小波滤波为最优的滤波方式;拟合得到了折射率和吸收系数随频率指数变化的规律,其相关系数的平方达到0.9 以上.结果表明,不同水的折射率和吸收系数变化曲线的参数值的差异和拟合相关性的不同,可以作为区分水质好坏的依据.
光谱学 太赫兹波检测 时域光谱技术 迭代 小波滤波 水质 激光与光电子学进展
2015, 52(4): 043004
