太赫茲
關(guān)注創(chuàng)建者：琳泓comsol 創(chuàng)建時間：2019-08-17
太赫茲的視頻教程
CST超表面材料仿真實戰(zhàn)
適用于在讀微波、太赫茲、光學(xué)人工合成復(fù)合超表面材料研究的研究生、本科生，以及從事軍品整流罩、天線罩、吸波尖劈等行業(yè)設(shè)計人員； 課程對超材料主流的頻率選擇表面、高阻抗表面、理想吸收體、極化轉(zhuǎn)化器、輻射表面、波前控制表面、非線性超表面做了講解，并著重對極化轉(zhuǎn)換類超材料做展開，在石墨烯課程中講解了相位梯度、波束形成、吸波體、EIT等學(xué)術(shù)熱門分類 課程以理論和仿真為主，對近期的SCI原刊做內(nèi)容講解和一步步的仿真演示
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太赫茲的實例教程
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航天制造中的電鑄技術(shù)（一）：液氫液氧火箭發(fā)動機推力室
毫米波/太赫茲器件
通常將頻率處于30~300 GHz的電磁波稱為毫米波，將頻率處于300 GHz至10 THz的波稱為太赫茲波。毫米波與太赫茲波技術(shù)在空間、航天等領(lǐng)域中具有獨特而顯著的應(yīng)用。毫米波技術(shù)不僅應(yīng)用于精確制導(dǎo)和導(dǎo)航，而且毫米波雷達得益于其較高的分辨率，可作為地基監(jiān)測系統(tǒng)的補充，用于監(jiān)測厘米級乃至毫米級的微小空間碎片。由于當前隱身飛行器的隱身效果主要針對厘米波，毫米波還具有優(yōu)異的反隱身性能。
太赫茲技術(shù)在21世紀得到了飛速發(fā)展，在軍事領(lǐng)域天基監(jiān)視雷達搭載的太赫茲設(shè)備穿透性強，可用于對地面的高分辨率成像；在天文領(lǐng)域，太赫茲波在宇宙空間中傳輸損耗較低，基于太赫茲技術(shù)的天文望遠鏡具有更低的噪聲背景，能接受到更豐富的信息。
展開 新型石墨烯基太赫茲探測器（概念圖）
圖片來源：MIPT官網(wǎng)
據(jù)俄羅斯莫斯科物理技術(shù)學(xué)院（MIPT）官網(wǎng)近日報道，來自俄羅斯、英國、日本、意大利的科學(xué)家團隊，開發(fā)出了一種基于石墨烯的太赫茲探測器。新設(shè)備既可充當靈敏的探測器，也可作為工作頻率在太赫茲范圍的光譜儀使用。
太赫茲波是介于微波和紅外線之間的電磁波，具有穿透性強、安全性高、定向性好等優(yōu)勢，有望用于醫(yī)療、宇宙探索等領(lǐng)域。但現(xiàn)有太赫茲探測器存在效率低下的問題，主要是因為太赫茲波與檢測元件（晶體管）之間尺寸不匹配。晶體管僅百萬分之一米，而太赫茲輻射的波長是其100倍，導(dǎo)致太赫茲波從探測器身邊溜走。
1996年，科學(xué)家提出了一個解決辦法：將入射波能量壓縮到與檢測器大小相當?shù)捏w積內(nèi)。為此，探測器材料需要支持特種“緊湊波”——所謂的等離激元。從理論上來說，在波的諧振下，這種探測器的效率會得到進一步提升。
但實現(xiàn)這種探測器比預(yù)期更難。原因在于：在大多數(shù)半導(dǎo)體材料中，由于電子與雜質(zhì)的碰撞，等離激元會快速衰減。石墨烯被認為可解決問題，但其還不夠潔凈。
在最新研究中，科學(xué)家解決了這個問題。他們制造了一個光電探測器，由封裝在氮化硼晶體之間的雙層石墨烯組成，并與太赫茲天線發(fā)生耦合。在這個“三明治”結(jié)構(gòu)中，雜質(zhì)被逐出石墨烯薄片之外，使等離激元更自由地傳播。被金屬鉛束縛住的石墨烯片形成了一種等離激元諧振器，而石墨烯的雙層結(jié)構(gòu)使波速可在一個寬范圍內(nèi)調(diào)諧。
新設(shè)備實際上也是尺寸僅為幾微米的太赫茲光譜儀，可通過電壓調(diào)諧控制諧振頻率。此外，它還可用于基礎(chǔ)研究：在不同頻率與電子密度下測量探測器中的電流，展示出了等離激元的特性。
展開 增大通信網(wǎng)絡(luò)的容量和提高通信速度的一種方法是開發(fā)太赫茲(Terahertz, THz)波段的光纖通信空間維度。太赫茲波是介于微波和紅外光之間的一種電磁波，頻率介于0.1THz到10THz之間，由于它帶寬大和傳輸速度快以及可以提供點對點的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)而備受關(guān)注。而在空間維度資源中，基于軌道角動量（Orbital Angular Momentum，OAM）的模分復(fù)用技術(shù)由于攜帶不同拓樸荷數(shù)的相互正交的軌道角動量模式成為擴大通信容量的一種非常有潛力的方案。軌道角動量具有全新的電磁波自由度特性，具有軌道角動量特性的電磁波可以在常用的信息傳輸方式，如波分復(fù)用（Wave Division Multiplexing，WDM）、偏振復(fù)用（Polarization Multiplexin，PM）、時分復(fù)用（Time Division Multiplexing，TDM）等信息傳輸方式上成倍的提高信息傳輸容量。
近日，中國計量大學(xué)嚴德賢課題組提出了基于太赫茲波段的負曲率軌道角動量光纖。該光纖以重慶摩方精密科技有限公司提供的HTL聚合物材料（耐高溫樹脂）為基底，采用兩層傾斜橢圓管的結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過引入環(huán)芯區(qū)域在0.4-0.8THz波段成功產(chǎn)生50-52個OAM模式，且在所研究的波段內(nèi)獲得了高模式純度、低限制損耗和低波導(dǎo)色散等傳輸特性，相關(guān)研究成果以“Design of negative curvature fiber carrying multiorbital angular momentum modes forterahertz wave transmission”為題發(fā)表在《Results in Physics》。
圖1.3D打印負曲率軌道角動量光纖結(jié)構(gòu)圖
圖1展示了基于摩方精密nanoArch S140打印技術(shù)的3D打印光纖樣品圖。
展開 有效利用CNF，MXene和層狀孔，使氣凝膠在太赫茲（THz）范圍內(nèi)具有異常高的雙折射性。
在0.4 THz時，雙折射值高達0.09-0.27，可與大多數(shù)商業(yè)THz雙折射材料（如液晶）相比較，后者易崩解，成本高且制備過程復(fù)雜。
不同MXene含量的經(jīng)驗?zāi)? 型以及與銀納米線或碳納米管嵌入的
CNF氣凝膠的實驗比較表明，嵌入的納米材料的固有電導(dǎo)率和含量，氣凝膠孔隙率和層狀細胞壁會影響光學(xué)性質(zhì)，例如太赫茲雙折射和吸收。
生物聚合物氣凝膠中光學(xué)各向異性的確定為進一步探索超輕，獨立和低成本仿生多孔結(jié)構(gòu)基于THz器件奠定了基礎(chǔ)。
【主圖導(dǎo)讀】
圖
1.
（a）由可再生生物質(zhì)制備CNF的示意圖，以及（b）CNF的TEM圖像。（c）TEM（插圖顯示MXene水分散體）和（d）制備的MXene層的AFM圖像，在橫截面位置具有相應(yīng)的高度輪廓插圖。（e）混合的CNF/MXene前驅(qū)體分散體和相應(yīng)的凍干層狀多孔支架的冷凍過程，該層狀多孔支架具有大規(guī)模排列的層狀孔/細胞壁。（f）密度為20 mg/cm
3
的層狀多孔MXene/CNF氣凝膠和（g）相應(yīng)的MXene嵌入的CNF雜化細胞壁（e，底部）的SEM圖
像。
（h）基于CNF的氣凝膠的XRD圖譜，（i）MXene/CNF含10 wt％MXene的氣凝膠在平行于且垂直于層狀細胞壁的方向上的典型壓縮曲線，以及（j）MXene中各種MXene含量的電導(dǎo)率/CNF氣凝膠和相應(yīng)的MXene/CNF固體薄膜。
圖
2.
（a）用于提取光學(xué)特性的THz-TDS設(shè)置的示意圖。（b）參考和樣品的太赫茲電場。（c）使用傅里葉變換提取的參考和樣品的太赫茲光譜。（d）相對于細胞壁的兩個主要THz極化（電場）方向的示意圖φ= 0°和φ= 90°。
展開 為了增加通信帶寬，最直接的方法就是提升載波頻率，而這也是太赫茲在6G領(lǐng)域得到特別關(guān)注的原因。一般來說，太赫茲（THz）是指載波頻率在300 GHz - 3 THz范圍內(nèi)的頻段，而sub-THz則是指100 GHz - 300 GHz左右的頻段。而在6G的相關(guān)語境中，一般太赫茲同時指THz頻段和sub-THz頻段。
目前，各個國家都在積極研發(fā)6G相關(guān)的太赫茲技術(shù)，并且在開放相關(guān)頻段。中國早在2019年底就開始了6G技術(shù)研發(fā)推進工作組，而華為也在今年早些時候公布了使用太赫茲技術(shù)實現(xiàn)的通信距離達到500米的6G原型系統(tǒng)；美國在2019年也決定開放95 GHz - 3 THz的6G實驗頻譜；韓國政府在大力投入6G研發(fā)，三星和LG也都在積極開發(fā)相關(guān)技術(shù)，LG在今年九月初宣布和德國夫瑯和費研究所合作實現(xiàn)了通信距離在200米以上的太赫茲通信原型機，其輸出功率高達20 dBm。
綜上，我們認為隨著6G技術(shù)的興起，為了滿足高通信速率的需求，載波頻率繼續(xù)提升到太赫茲頻段將成為6G的關(guān)鍵技術(shù)，而相關(guān)的半導(dǎo)體芯片和系統(tǒng)則將是支撐太赫茲和6G通信的核心。
半導(dǎo)體太赫茲通信芯片現(xiàn)狀和前瞻
如上所述，太赫茲通信芯片將成為6G的技術(shù)核心。太赫茲通信相關(guān)的芯片可以分為兩大類，一個是射頻芯片，而另一類是基帶芯片。
就射頻芯片而言，太赫茲首先需要能工作在高頻段（太赫茲頻段）而且?guī)捄艽蟮碾娐贰榱藵M足這個要求，目前用于長距離通信的太赫茲射頻芯片主要還是使用III-V族半導(dǎo)體HEMT和HBT晶體管實現(xiàn)射頻相關(guān)的工作。III-V族半導(dǎo)體的工作頻率高，工作帶寬大，且輸出功率較大，能滿足太赫茲頻段通信的主要需求。
展開 
太赫茲的最新內(nèi)容
例如，2014年，研究人員制作了一種由二氧化釩等離子體材料制成的200 nm太赫茲光開關(guān)。二氧化釩顯示出在不透明金屬相和透明半導(dǎo)體相之間轉(zhuǎn)換的能力。
二氧化釩納米粒子沉積在玻璃基板上，并與充當?shù)入x子體光電陰極的金納米粒子疊加。隨后，研究人員施加了短激光脈沖，使自由電子從金納米粒子跳到二氧化釩超材料上，從而產(chǎn)生短暫的相變。
例如，2014年，研究人員制作了一種由二氧化釩等離子體材料制成的200 nm太赫茲光開關(guān)。二氧化釩顯示出在不透明金屬相和透明半導(dǎo)體相之間轉(zhuǎn)換的能力。
二氧化釩納米粒子沉積在玻璃基板上，并與充當?shù)入x子體光電陰極的金納米粒子疊加。隨后，研究人員施加了短激光脈沖，使自由電子從金納米粒子跳到二氧化釩超材料上，從而產(chǎn)生短暫的相變。
二氧化釩開關(guān)與現(xiàn)有的硅基芯片兼容，并在光譜的近紅外和可見區(qū)域工作。
什么是波導(dǎo)？2個月前
波導(dǎo)的應(yīng)用示例
波導(dǎo)（光學(xué)和非光學(xué)）的用途很多，包括：
光通信（電信）
光子集成電路（PIC）
光學(xué)傳感器
激光
干涉儀
雷達
微波和RF通信
印刷電路板（PCB）
光學(xué)電路
光發(fā)射器
太赫茲（THz）通信
增強現(xiàn)實（AR）與虛擬現(xiàn)實（VR）等混合現(xiàn)實系統(tǒng)使用的波導(dǎo)（稱為光波導(dǎo)）較大，與常規(guī)波導(dǎo)截然不同
SSTF中脈沖前傾的仿真3個月前
雖然在某些應(yīng)用中這種影響是不必要的，但在某些光學(xué)領(lǐng)域，如非線性頻率轉(zhuǎn)換或太赫茲生成，它可能是有好處的。
雖然在某些應(yīng)用中這種影響是不必要的，但在某些光學(xué)領(lǐng)域，如非線性頻率轉(zhuǎn)換或太赫茲生成，它可能是有好處的。
盡管受測試設(shè)備限制，我們已驗證調(diào)制器帶寬可突破110GHz，通過優(yōu)化電學(xué)結(jié)構(gòu)可進一步提升性能以探索太赫茲帶寬工作。盡管當前相位調(diào)制器表現(xiàn)出相對較高的插入損耗和47V的Vπ值，后續(xù)研究可聚焦于制備工藝優(yōu)化：提升液氮的刻蝕質(zhì)量、最小化金屬接觸側(cè)壁粗糙度、縮小間隙寬度，并采用銀等低損耗等離子體金屬材料。
此外，Altair不斷投資于Feko的技術(shù)創(chuàng)新，近期增強的功能包括更快的GPU加速求解器、改進的周期性結(jié)構(gòu)分析以及對新興應(yīng)用（如毫米波和太赫茲技術(shù)）的更好支持。
結(jié)語
在競爭日益激烈的市場環(huán)境中，采用先進的仿真工具已成為企業(yè)保持技術(shù)領(lǐng)先的關(guān)鍵。Altair Feko 憑借其全面的電磁仿真能力、卓越的大問題處理性能和與其他工程工具的深度集成，為各行業(yè)工程師提供了值得信賴的解決方案。
激發(fā)太赫茲波的TE電場沿y方向模擬沿激發(fā)場方向傳播的偏振平面波。每個方向的網(wǎng)格尺寸都小于最小構(gòu)造尺寸，以保證收斂結(jié)果的精度。具體設(shè)置如圖2-4所示。
其工作頻率常延伸至毫米波甚至太赫茲頻段，傳統(tǒng)的電路理論已不再完全適用，復(fù)雜的電磁場分布、色散效應(yīng)以及導(dǎo)體與輻射損耗必須通過全波電磁仿真來精確捕捉。在這一背景下，高頻電磁仿真軟件（HFSS）憑借其基于有限元法的卓越計算精度，成為了分析和優(yōu)化行波電極不可或缺的利器。
盡管在某些應(yīng)用中不需要這種效果，但在某些光學(xué)方案（例如非線性頻率轉(zhuǎn)換或太赫茲生成）中，它可能是十分有利的。
