提出一种基于三芯结构空芯反谐振光纤的太赫兹耦合器。采用有限元分析法对太赫兹光纤的模式特性进行分析，并基于耦合理论得到其耦合特性曲线。仿真结果表明，三芯结构模式具有比单芯结构更低的传输损耗，其耦合长度可通过改变纤芯间隔和隔离包层管的间隙进行调节。采用长度为223.2 mm的三芯结构空芯光纤可以实现插入损耗小于3.5 dB、带宽达到0.52 THz的宽带、均匀分束。
光学器件 空芯太赫兹光纤 反谐振 模式耦合 损耗特性 带宽分析
1 长春理工大学光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室，光电测控技术研究所，吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
3 长春理工大学中山研究院，广东 中山 528400
太赫兹时域光谱系统（THz-TDS）是检测物质组成和变化的先进科学装置，可以准确定位和分析物质的微小变化，对物理学、化学、生物学等多个学科的发展产生了深远影响。光纤式THz-TDS在光路传播时具有能量传输损失少、结构紧凑等优点。在光纤式THz-TDS的基础上，将双透镜和旋转延迟线结合，通过研究分析耦合效率理论和双透镜传输特性，利用光学软件ZEMAX设计了一款双透镜准直耦合收发一体共光路系统。为了得到更高的单模光纤耦合效率，研究分析了激光与光纤的耦合原理及耦合误差，并且绘制了耦合失配时的效率曲线。研究结果表明：高斯传播单模光纤的耦合效率达到了76.27%，可以满足稳定辐射太赫兹信号的要求，同时，光纤耦合效率的提高对于增大THz-TDS的太赫兹脉冲信号带宽具有一定帮助。
光纤光学 光纤耦合 收发一体 太赫兹时域光谱系统 单模光纤
1 莆田学院 机电与信息工程学院, 福建 莆田 351100
2 福建省激光精密加工工程技术研究中心, 福建 莆田 351100
太赫兹波具有高穿透性、低能性及指纹谱性等特征，被广泛应用于探测领域，因此，设计太赫兹波成像光学系统具有重要的意义和广泛的应用前景。首先，以四块透镜构成的天塞物镜为参考结构，应用近轴光学系统像差理论构建系统像差平衡方程，给出了系统初始结构参数求解函数和方法，再结合光学设计软件进一步校正系统像差，最终设计了一种用于太赫兹波探测的大孔径光学成像系统。该光学系统由4块同轴折射透镜构成，焦距为70 mm，F数为1.4，全视场角为8°，在奈奎斯特频率10 lp/mm处全视场角范围内的调制传递函数（MTF）值均大于0.32，各视场内的弥散斑均方根（RMS）半径均小于艾里斑半径。最后对系统各种公差进行分析和讨论。设计结果表明，本文设计的太赫兹波探测光学成像系统具有孔径大、结构简单且紧凑、成像质量较好且加工性易于实现等特点，满足设计要求，它在太赫兹波段高分辨率探测领域具有重要应用价值。
光学系统设计 太赫兹波 大孔径 像差平衡 公差分析 optical system design terahertz wave large aperture aberration balance tolerance analysis
1 中国计量大学光学与电子科技学院，浙江 杭州 310018
2 西安应用光学研究所，陕西 西安 710065
针对太赫兹扫描成像设备存在的图像清晰度差、边缘模糊等问题，提出了一种基于生成对抗网络的太赫兹图像超分辨率重建算法。首先，在处理太赫兹图像时引入限制对比度自适应直方图均衡方法，有效解决了太赫兹图像对比度低的问题；其次，在生成对抗网络的基础上，提出了一种基于增强注意力机制的残差生成对抗网络，实现了太赫兹扫描图像的超分辨率重建，提升了图像纹理和细节的重建能力；最后利用频谱归一化的U-net网络对生成器生成的重建图像进行判别，增强了训练的稳定性。实验结果表明，提出的太赫兹图像超分辨率重建算法将太赫兹线阵相机所成太赫兹图像的边缘强度提高了7%，峰值信噪比提高了13%，平均梯度提高了12%，结构相似度提高了14%，验证了该算法的优越性和有效性。
太赫兹技术 太赫兹线阵相机 太赫兹图像 超分辨率重建 生成对抗网络 图像质量评价
北京交通大学光波技术研究所全光网络与现代通信网教育部重点实验室，北京 100044
提出了一种基于亚波长偏振保持光纤的多维复用与折射率（RI）传感集成器件。该器件由定向耦合器、Y型分束器和布拉格光栅器件构成，能够同时实现三维空间中偏振和频率（解）复用、色散补偿以及RI传感功能。集成器件下行端口输出偏振解复用后的x偏振态，其在0.25 THz频率处的传输率和消光比分别为-5.94 dB和15.16 dB。此后，原波导中y偏振态（工作频率为0.25 THz）与x偏振态（工作频率为0.27 THz）复用后于直通端口输出，传输率分别为-7.20 dB和-2.02 dB。同时，集成的均匀光栅和π相移光栅可分别实现色散补偿（群速度色散为-109.4 ps·THz-1·mm-1）和RI传感（灵敏度为0.181 THz/RIU）功能。基于太赫兹亚波长光纤的集成器件在下一代通感一体化信息系统中具有良好的应用前景。
光学器件 太赫兹 耦合器 复用器 传感器
1 山西工程科技职业大学信息工程学院，山西 晋中 030619
2 中北大学仪器与电子学院，山西 太原 030051
3 昆士兰大学，澳大利亚昆士兰 布里斯班 4072
设计了一种四宽带且吸收率动态可调的太赫兹吸收器，该吸收器结构简单，由顶层二氧化钒、中间层二氧化硅和底层金属组成。仿真结果表明，在0~10 THz范围内，吸收率超过90%的吸收带共有4个，带宽分别为0.87、0.58、0.61、0.45 THz。随二氧化钒电导率的变化，吸收率可在7.7%~99.9%范围内动态调节。引入阻抗匹配理论和法布里-珀罗共振理论解释了吸收器的物理机理，并通过电场分布分析了多个完美吸收峰的物理来源。此外，该吸收器还具有偏振不敏感和广角吸收的特点，可在微辐射计、生物传感器和隐身技术等领域应用。
光学器件 超材料 太赫兹吸收器 可调谐吸收器 宽带
江西师范大学物理与通信电子学院，江西 南昌 330022
提出一种基于两相交开口谐振环（TI-SRR）的超材料太赫兹带阻滤波器，通过改变TI-SRR线宽、环间间隔和半径大小，探究各参数对滤波器透射系数的影响。研究了超材料太赫兹带阻滤波器三个谐振点处的电场和表面电流分布，进而分析了滤波器的工作机理。为了验证理论模型的计算结果，采用微纳光刻技术制备滤波器的实物样品，使用太赫兹时域光谱系统进行测试。结果表明，该滤波器有3个谐振点，谐振频率分别为0.431、0.476、0.934 THz，对应的透射系数（S21）分别为42.518、40.331、14.132 dB，10 dB阻带带宽分别为0.220 THz和0.026 THz。实测曲线整体趋势与仿真曲线保持一致，阻带特性相较良好，测试结果与仿真结果较为符合。该滤波器在新型通信设备和精密仪器领域有较高的应用价值。
超材料 太赫兹 带阻滤波器 微纳光刻 太赫兹时域光谱
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室，吉林 长春 130022
3 长春理工大学中山研究院，广东 中山 528403
光学延迟线是影响太赫兹时域光谱系统中太赫兹信号准确性、信噪比以及频谱分辨率的关键环节。本文设计了一种由24个转盘反射面（TRS）构成的快速旋转光学延迟线（FRODL）。通过对FRODL工作角度的仿真，得到了其理论延迟时间和理论非线性度。基于FRODL实际耦合过程中耦合功率的波动性大小，确定了FRODL的实际工作区间，并搭建了偏振迈克耳孙干涉系统，对FRODL结构的实际延迟时间进行标定，得到了各转盘反射面工作的实际延迟时间。标定结果显示，FRODL校准前的最大非线性误差为0.094 ps，非线性度为0.215%。通过两次利用三次样条插值，对FRODL实际延迟时间和采样点信号进行匹配，获得了校准后的太赫兹等间隔时域波形。
光学延迟线 非线性校准 太赫兹时域光谱系统 延迟时间 非线性误差
1 西北工业大学物理科学与技术学院，陕西 西安 710072
2 军事科学院国防科技创新研究院，北京 100071
奇异点是非厄米系统中的奇点，由两个或多个特征值及其相应的特征向量同时简并产生。超表面是在亚波长尺度上构建的二维人工电磁材料，其结构和性能的人工可设计性为研究非厄米现象提供了新的途径。本文首先介绍了非厄米系统和奇异点的基本理论并概述了奇异点的最新研究进展，之后介绍了超表面奇异点太赫兹传感的研究进展，最后总结了奇异点传感仍然存在的问题，并展望其发展趋势。
超表面 奇异点 太赫兹 传感 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0316003
复旦大学通信科学与工程系电磁波信息科学教育部重点实验室，上海 200433
太赫兹技术作为6G时代的核心通信技术，可以有效解决频段资源日益稀缺的窘境，以满足流量、连接数急剧增长的需求，实现更大的传输带宽。现有机器学习算法如深度神经网络、卷积神经网络和长短期记忆网络等，均可以有效缓解6G传输系统中的强非线性效应，是实现6G太赫兹无线通信的重要手段。介绍了应用于光子毫米波和太赫兹无线传输系统的不同深度学习范式，讨论了应用光子技术办法产生超高速THz波无线信号的国内外主要进展及技术路线对比，并且对较为经典的或是目前最新的应用于太赫兹通信系统中的人工智能技术进行了介绍，同时对未来大速度、高容量的太赫兹通信技术的发展提出了展望。
太赫兹无线通信 6G 人工智能 机器学习 神经网络 光纤通信 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0306001
