1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所, 太赫兹固态技术重点实验室, 上海 200050
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
太赫兹(THz) 成像是 THz 技术应用的重要方向之一。基于 THz 量子级联激光器(QCL) 和 THz 量子阱探测器(QWP) 等半导体光子学器件的 THz 成像系统具有结构紧凑、空间分辨率高、成像信噪比较高等优点, 已成为当前研究的热点领域。对国内外关于 THz QCL 和 THz QWP 器件在远场和近场成像应用方面的研究进行了系统综述, 分析了 THz 成像系统的构成和成像效果, 总结了各 THz 成像系统的性能参数情况, 并探讨了 THz 成像系统性能提升的途径及其应用前景。
激光技术 成像 太赫兹 量子级联激光器 量子阱探测器 laser techniques imaging terahertz quantum cascade laser quantum well photodetector
1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所太赫兹固态技术实验室, 上海 200050
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
随着太赫兹技术、低温电子学和射电天文学的发展, 对可低温环境下工作的集成封装式跨阻放大芯片的需求增加。本文针对一种 Ge-Si基底型跨阻放大器, 主要研究了其深低温环境下的电学性能, 获得了 8K温度下放大器芯片的典型端口电流-电压特性曲线和增益曲线, 得到了在 0.1~3 GHz频带内较为平坦的增益效果; 为了验证其对太赫兹光电信号的放大功能, 将该跨阻放大器与太赫兹量子阱探测器集成封装, 并搭建了太赫兹脉冲激光探测系统, 在 8K温度下实现了对脉宽 2 μs太赫兹光电探测信号的有效放大, 跨阻增益约 560 Ω, 电流放大增益为 1.78 mA/V。上述研究成果首次验证了商用跨阻放大器在深低温环境下应用的可行性, 为太赫兹高速探测与高频通信领域的集成跨阻放大提供了一种有效技术手段。
太赫兹探测 高速封装 跨阻放大器 低温放大技术 terahertz detecting high-speed packaging transimpedance amplifier cryogenic amplification technique 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(1): 16
1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所太赫兹固态技术重点实验室, 上海 200050
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
二氧化钒是一种具有绝缘态到金属态可逆相变特性的材料, 在光器件及信息技术中有非常广泛的应用。分别采用太赫兹频段的光谱测量技术和阵列成像技术研究分析了硅基二氧化钒材料的相变过程。采用傅里叶变换光谱测量系统, 获得了整个样品在 2.5~20.0 THz频段透射谱和反射谱随温度的变化, 分析得到了硅基二氧化钒材料相变的温度范围为 334~341 K, 对应温差为 7K; 得到了相变前后样品对 4.3 THz辐射的透过率变化达 40%以上, 反射率变化接近 30%。随后采用一套 4.3 THz的阵列成像系统, 测量了整个样品在相变前后的太赫兹图像, 获得了该材料由金属态转变为绝缘态时, 其对 4.3 THz激光信号的透过率由 6.7%升至 50.7%, 透过率变化达 44%, 与傅里叶变换光谱在 4.3 THz处的测量结果相当。上述研究结果为硅基二氧化钒材料用于 2.5 THz以上电磁辐射的透射调制和反射调制提供了很好的实验数据支撑。
太赫兹 硅基二氧化钒 相变材料 傅里叶变换光谱 阵列成像技术 terahertz silicon-based vanadium dioxide phase transition materials Fourier transform spectroscopy array imaging technique 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(12): 1225
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Terahertz Solid-state Technology, Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
A real-time imaging system based on a compact terahertz laser is constructed by employing one off-axis parabolic mirror and one silicon lens. Terahertz imaging of water, water stains, leaf veins, human hairs, and metal wire is demonstrated. An imaging resolution of 68 µm is achieved. The experiments show that this compact and simplified imaging system is suitable for penetration demonstration of terahertz light, water distribution measurement, and imaging analysis of thin samples.
terahertz real-time imaging subwavelength resolution compact laser Chinese Optics Letters
2022, 20(9): 091101
1 中国科学院 a.太赫兹固态技术重点实验室
2 b.上海微系统与信息技术研究所, 上海 200050
3 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
4 上海师范大学数理学院, 上海 200233
太赫兹波具有良好的穿透性、低能性和宽带性, 在高速空间通信、环境监测、外差探测、医学探测、无损检测和**安全等领域具有重要的应用前景。波导传输技术和功能器件是太赫兹系统不可或缺的重要组成部分, 太赫兹波导的性能决定了太赫兹系统的信号传输效率和集成度, 引起人们的研究兴趣。近年来, 太赫兹波导的发展取得了长足的进步, 从普通的金属空心波导到金属线波导、介质光纤, 再到最近的人工表面等离激元波导、石墨烯、铌酸锂等新型波导, 它们展现出了各自的优势, 令人振奋。该综述全面介绍了太赫兹波导领域的发展及研究近况, 并对其未来应用进行了展望。
太赫兹 波导 金属 光子晶体 等离激元 石墨烯 terahertz waveguide metal photonic crystal plasmonic graphene 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(3): 241
Author Affiliations
Abstract
1 Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences, Hangzhou 310024, China
2 Zhejiang Province Key Laboratory of Quantum Technology and Devices, Department of Physics, and State Key Laboratory of Silicon Materials, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
3 State Key Laboratory for Infrared Physics, Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200083, China
4 Key Laboratory of Terahertz Solid-State Technology, Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China
5 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Broadband response is pursued in both infrared (IR) and terahertz (THz) detection technologies, which find their applications in both terrestrial and astronomical realms. Herein, we report an ultrabroadband and multiband IR/THz detector based on blocked-impurity-band detecting principle. The detectors are prepared by implanting phosphorus into germanium (Ge:P), where photoresponses with a P impurity band, a self-interstitial defect band, and a vacancy-P (V-P) pair defect band are realized simultaneously. The response spectra of the detectors show ultrabroad and dual response bands in a range of 3–28 μm (IR band) and 40–165 μm (THz band), respectively. Additionally, a tiny mid-IR (MIR) band within 3–4.2 μm is embedded in the IR band. The THz band arises from the P impurity band, whereas the IR and the MIR bands are ascribed to the two defect bands. At 150 mV and 4.5 K, the peak detectivities of the three bands are obtained as Jones (at 3.9 μm), Jones (at 16.3 μm), and Jones (at 116.5 μm), respectively. The impressive coverage and sensitivity of the detectors are promising for applications in IR and THz detection technologies.
Photonics Research
2021, 9(11): 11002167
1 成都工业学院 材料与环境工程学院, 成都 611730
2 北京临近空间飞行器系统工程研究所, 北京 100076
3 西北工业大学 超高温结构复合材料重点实验室, 西安 710072
采用先驱体浸渍裂解法制备陶瓷基复合材料过程中会形成基体裂纹和孔隙, 基体开裂和裂纹演化机制是工艺设计和性能优化的依据。本研究采用真空旋转浸渍-裂解法制备了无界面相的纤维束C/SiCN复合材料, 分析了该材料的拉伸性能和基体裂纹增殖现象, 讨论了浸渍裂解次数和热处理温度对基体裂纹的影响规律。研究结果表明: 当热处理温度为1000~1400 ℃时, 该复合材料的化学组成变化较小; 热处理温度达到1600 ℃时, 先驱体转化的SiCN基体分解, C含量降低, SiC含量升高。随浸渍裂解次数由1次增加到4次, 该复合材料的平均拉伸强度分别提升14.19%、38.83%和63.47%, 同时基体裂纹间距和裂纹开口距离均逐渐减小, 基体纤维结合增强, 断口纤维拔出减少。热处理温度从1000 ℃升高到1400 ℃, C/SiCN拉伸强度缓慢增大; 热处理温度为1600 ℃时, SiCN基体由无定形的SiCxN4-x四面体向SiC晶体转变, 基体与纤维脱粘, 二者结合强度降低, 同时基体体积收缩使C纤维损伤, 导致该复合材料拉伸强度陡然下降30.0%。
C/SiCN复合材料 先驱体浸渍裂解工艺 强度 开裂 失效机制 C/SiCN composite precursor infiltration pyrolysis strength cracking failure mechanism
1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所太赫兹固态技术重点实验室，上海 200050
2 中国科学院大学，北京 100049
3 上海理工大学光电信息与计算机学院，上海 200093
太赫兹(THz)波对非极性材料有较好的穿透性，对生物医学组织无电离效应，因而非常适合无损检测、生物医学成像等应用。THz量子阱光电探测器(THz QWPs)具有响应速度快、响应率高、噪声等效功率低、体积小的特点。相较于其他探测器，THz QWPs作为成像系统接收器时，系统具有成像分辨率高、成像速度快、成像信噪比高、结构紧凑等优势。本文综述了基于THz QWPs的成像研究进展，并对成像系统核心指标的影响因素进行了分析和总结。采用更稳定的装置固定THz QWPs，提升器件响应速度、探测灵敏度、阵列规模，可以有效提升系统各项核心性能。
太赫兹 量子阱 光电探测器 成像 terahertz quantum well photodetectors imaging
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Terahertz Solid-State Technology, Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
We propose and experimentally demonstrate a wideband linear polarization converter in a reflection mode operating from 2.4 to 4.2 THz with conversion efficiency of more than 80%. Our device can expand the applications to a higher frequency band. A numerical simulation is performed for this metamaterial converter, which shows a good agreement with experimental results. Importantly, a concise and intuitive calculating model is proposed for the Fabry–Pérot cavity. The theoretical results indicate that the underlying reason for the enhanced polarization conversion is the additional phase difference induced by the resonance of the meta-structure and multiple reflections within the Fabry–Pérot cavity.
310.5448 Polarization, other optical properties 310.6628 Subwavelength structures,nanostructures 310.6805 Theory and design 240.5445 Polarization-selective devices Chinese Optics Letters
2019, 17(9): 093101
1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所太赫兹固态技术重点实验室, 上海 200050
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
光电表征技术是太赫兹应用技术的重要基础,涵盖了太赫兹频段光电器件表征、光谱测量、光束改善以及通信和成像应用等多个方面,在太赫兹应用领域中发挥着重要作用。介绍了太赫兹频段两种半导体量子器件的工作原理和最新进展,综述了二者在太赫兹脉冲功率测量、探测器响应率标定等光电表征技术中的应用及其在太赫兹快速调制与探测、太赫兹扫描成像系统中的应用,最后介绍了太赫兹光电表征技术的改善,包括激光源光束质量改善和探测器有效探测面积的提高方法等,并给出了器件及表征技术的潜在应用。
太赫兹技术 量子级联激光器 量子阱探测器 光电表征 快速调制与探测
