太赫兹大气传输特性实验研究
宽频段太赫兹大气传输特性的理论与实验研究
摘要太赫兹波在电磁波谱中位于微波和红外波之间，具有瞬态性、宽带性、低能量性、透射性等优点，在分子光谱、生物医学、空间通信、大气遥感和雷达探测等领域有广阔的应用前景。
太赫兹波在大气中的传输特性是太赫兹波空间应用的基础，研究不同温度、湿度、大气压强和海拔高度等条件下太赫兹波的大气衰减系数，找到透过率窗口的位置和宽度对于促进该频段在空间中的应用具有重要意义。
本文的研究内容可以归纳如下：1、介绍了太赫兹波的空间应用以及研究太赫兹波大气传输特性的重要性，并综述了太赫兹波大气传输特性的国内外发展历史和研究现状。
2、根据HITRAN数据库中的光谱参数，用逐线计算方法计算了水蒸气和氧气的谱线吸收，用MT_CKD模型计算了水蒸气的连续吸收。
考虑到气温、气压和相对湿度对吸收系数的影响，比较了0~8 THz 的太赫兹波的吸收系数随这三个因素的变化，并给出了大气窗口的频率。
通过对不同海拔高度的吸收系数进行计算，分析了高频太赫兹波在高空尤其是平流层中远距离传输的可行性。
3、根据米氏散射理论对气溶胶粒子的散射特性参数进行计算，以此为基础在高能见度天气中计算太赫兹波的单次散射衰减，在低能见度天气中用蒙特卡罗法解决多次散射问题。
并且分析了我国海雾和内陆雾以及塔克拉玛干沙漠和毛乌素沙漠中太赫兹波的衰减、散射、透过率情况。
4、在实验室环境下用远红外傅里叶光谱仪（FTIR）搭建了太赫兹波大气传输特性实验平台，测量了不同压强和湿度条件下0.5 THz~7.5 THz 频段的太赫兹波传输2.3 m的透过率，用比尔-朗伯定律反推大气吸收系数，实验结果与理论计算结果吻合得很好。
关键词：太赫兹波，吸收系数，蒙特卡罗法，FTIRABSTRACTTerahertz (THz) spectral range which falls between microwave and infrared, has many advantages, such as transient, broadband, low photon energy and transmission. And THz wave can be widely applied in spectroscopy, biomedical science, free-space based communication, remote sensing, radar and so on. The transmission characteristics of THz wave is the basis of THz free-space applications. To research THz atmospheric attenuation coefficients under different conditions (e.g. temperature, relative humidity, pressure, altitude etc ) and to find the locations and widths of atmospheric transmission windows will be important for THz free-space applications.The main contents of this dissertation are as follows:1. THz free-space applications, and the importance of research on terahertz atmospheric transmission characteristics are introduced. The development and present developing status of this problem are also summarized.2. Line absorption of water vapor and oxygen is calculated based on line-by-line calculations and the spectral parameters in HITRAN database. And water vapor continuum absorption is calculated based on MT_CKD model. Considering temperature, pressure and relative humidity, broadband THz atmospheric transmission characteristics from 0 to 8 THz is theoretically simulated. Atmospheric transmission windows in this range are also given. Based on absorption coefficients in different altitudes, the high frequency atmospheric windows are evaluated and the feasibility for long-range applications is estimated.3. The scattering characteristics of air aerosol are calculated based on Mie theory. According to these results, terahertz attenuation characteristics are studied for single scattering of particles in high-visibility environment and multiple scattering in low-visibility environment using Monte-Carlo method. Terahertz attenuation coefficients, scattering characteristics and transmittance are analyzed in real environment including sea fog, inland fog, Taklimakan Desert and Mu Us Desert.4. An experimental system is built based on a Fourier transform infrared spectrometer (FTIR) in laboratory. Considering the influence of water concentrationand pressure, the terahertz transmission is measured from 0.5~7.5 THz with 2.3-m path length. The absorption coefficients are calculated according to Beer-Lambert Law, which are consistent with calculation results.KEY WORDS：THz Wave, Absorption Coefficients, Monte-Carlo, FTIR目录摘要 (I)ABSTRACT ................................................................................................................. I I 第1章绪论 .. (1)1.1 太赫兹波简介 (1)1.1.1 太赫兹波的特点 (1)1.1.2 太赫兹波的空间应用及大气传输特性研究的意义 (2)1.2 国内外研究进展 (4)1.2.1 太赫兹波大气吸收特性的研究进展 (4)1.2.2 太赫兹波大气散射特性的研究进展 (7)1.3 本文主要内容 (8)第2章宽频段太赫兹波的大气吸收 (9)2.1 大气分子的选择吸收 (9)2.1.1 大气分子光谱 (9)2.1.2 谱线的增宽 (10)2.1.3 吸收系数和透过率 (10)2.2 大气分子光谱参数数据库——HITRAN (11)2.2.1 HITRAN数据库中的光谱参数 (11)2.2.2 光谱参数随温度和压强的变化 (12)2.2.3 吸收系数的计算 (13)2.3 主要大气成分对太赫兹波的吸收 (13)2.3.1 水蒸气和氧气的太赫兹吸收谱 (13)2.3.2 连续吸收 (15)2.3.3 吸收系数随温度、大气压强、相对湿度的变化情况 (17)2.4 不同海拔高度太赫兹波的传输衰减 (21)2.4.1 大气的物理概况 (21)2.4.2 大气吸收系数和太赫兹波透过率随海拔高度的变化 (22)2.4.3 太赫兹波垂直入射时的透过率 (25)2.5 本章小结 (26)第3章太赫兹波在复杂大气背景下的散射特性 (27)3.1 单个球形粒子的散射理论 (27)3.1.1 散射过程 (28)3.1.2 米散射理论 (29)3.2 单次散射理论 (30)3.3 多次散射的处理——蒙特卡罗法 (31)3.4 太赫兹波在雾中的散射特性 (33)3.4.1 雾的物理特性 (33)3.4.2 太赫兹波在雾中的单次散射 (35)3.4.3 太赫兹波在低能见度雾中的多次散射 (37)3.5 太赫兹波在风沙天气中的散射特性 (39)3.5.1 我国沙漠地区中沙尘的物理特性 (39)3.5.2 太赫兹波在扬沙天气中的单次散射 (41)3.5.3 太赫兹波在沙尘暴天气中的多次散射 (43)3.6 本章小结 (45)第4章太赫兹波大气传输特性实验 (47)4.1 太赫兹波大气传输特性实验平台设计 (47)4.2 实验结果与分析 (49)4.2.1 实验中湿度和压强对太赫兹波透过率的影响 (49)4.2.2 实验与理论计算结果比较分析 (51)4.2.3 存在问题及建议 (52)4.3 本章小结 (53)第5章总结与展望 (55)参考文献 (57)发表论文和参加科研情况说明 (63)致谢 (65)第1章绪论1.1 太赫兹波简介太赫兹波的频率范围是0.1 THz~10 THz（波长3mm~ 30μm），在电磁波谱中介于微波和红外波之间，如图1-1所示。
太赫兹辐射大气传输特性分析及城市衰减预估
Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｈｅ ｒ ｔ ｚ ａ ｔ ｍｏ ｓ ｐ ｈｅ ｒ ｅ ｒ ａ ｄｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ａ ｎ ｄ ｃ ｉ ｔ ｙ ｒ ｅ ｇ ｉ ｏ ｎ ｌ ｏ ｓ ｓ ｅ ｓ ｔ ｉ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ
２ ． 中 国洛 阳 电子 装备 试验 中心 博士后 科研 工作 站 ， 河南 洛阳 ４ ７ １ ０ ０ ３ ）
摘要 ： 变化 的 气候状 况 、 区域 海拔 及 大气层 气 象参数 影 响 着太 赫兹 电磁 波 的传播 状 况。
首先从 理论 上 对太赫 兹 波辐 射 大 气传 输损 耗 的三 个部分 ： 自由空间传输 损耗 、 大气吸收 损耗及
ａ ｎｄ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ，Ｌｕ ｏ ｙａ ｎｇ ４ ７１ ０ ０３，Ｈｅ ｎ ａ ｎ，Ｃｈ ｉ ｎａ；２．Ｐｏｓ ｔ ｄ ｏｃ ｔ ｏ ｒ ａ ｌ Ｐｒ ｏｇ ｒ ａ ｍ ｍｅ，
Ｌｕ ｏ ｙ ａ ｎ ｇ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｅｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ｔｅ ｓ ｔ Ｃｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ Ｃｈ ｉ ｎ ａ ，Ｌｕ ｏ ｙ ａ ｎ ｇ ４ ７ １ ０ ０ ３ ，Ｈ ｅ ｎ ａ ｎ ，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
ａ ｔ ｍｏ ｓ ｐ ｈ ｅ ｒ ｅ ＴＨｚ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｌ ｏ ｓ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ｅ ｅ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｌ ｏ ｓ ｓ ，ａ ｔ ｍｏ ｓ ｐ ｈ ｅ ｒ ｉ ｃ ｇ ａ ｓ ｅ ｓ ａ ｔ ｔ ｅ ｎ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ａ ｔ ｍｏ ｓ ｐ ｈ ｅ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｓ ｃ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ，ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ．Ｔｈ ｅ ｎ ，ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｒ ｅ ｖ ｅ ａ ｌ ｔ ｈ ｅ ｑ ｕ ａ ｎ ｔ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｉ ｐ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ＴＨｚ ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｌ ｏ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｍｅ ｔ ｅ ｏ ｒ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ， ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｔｅ ｌ ｅ ｃ ｏ ｍ ｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｕｎ ｉ ｏ ｎ Ｒａ ｄ ｉ ｏ ｅ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ （Ｉ ＴＵ－ Ｒ） ｒ ｅ ｃ ｏ ｍｍ ｅ ｎ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐ．６ ７ ６ － ９ ， ＴＨ ｚ ｂ ａ ｎ ｄ ａ ｔ ｍｏ ｓ ｐ ｈ ｅ ｒ ｉ ｃ ｇ ａ ｓ ｅ ｓ ａ ｔ ｔ ｅ ｎ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｗａ ｔ ｅ ｒ — ｖ ａ ｐ ｏ ｒ ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ，ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｂ ａ ｒ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ａ ｒ ｅ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ ｍｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ．Ｆ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ ，ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ２ ０ １ ３ ａ ｎ ｎ ｕ ａ ｌ ａ ｔ ｍｏ ｓ ｐ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ，ｆ ｏ ｕ ｒ ｒ ｅ ｐ ｒ ｅ —
太赫兹波大气传播特性建模与遥感探测研究
太赫兹波大气传播特性建模与遥感探测研究太赫兹波大气传播特性建模与遥感探测研究摘要：太赫兹波（THz）技术因其具有较好的穿透力和对许多物质的非破坏性检测能力而被广泛研究和应用。
了解太赫兹波在大气中的传播特性对于开发高性能的太赫兹波系统和实现精准的遥感探测具有重要意义。
本文通过对太赫兹波在大气中传播的基本原理和机制进行分析，建立了太赫兹波大气传播特性的数学模型，并通过实验验证得到的模型的准确性。
同时，本文还通过对太赫兹波在空气中的传播实验进行研究，探索了太赫兹波在不同环境下的传播特性变化规律，为太赫兹波遥感探测提供了理论基础。
关键词：太赫兹波；大气传播特性；数学模型；遥感探测 1. 引言太赫兹波是介于微波和红外波段之间的电磁波，具有短波长和高能量的特点。
近年来，太赫兹波技术在材料识别、医学成像、食品安全等领域发展迅速。
太赫兹波的传播特性是决定其应用效果的关键因素之一。
因此，研究太赫兹波在大气中的传播机制和特性具有重要意义。
2. 太赫兹波在大气中的传播机制太赫兹波在大气中的传播受到大气分子的吸收、散射和衰减的影响。
大气中的水蒸气和氧气分子对太赫兹波具有较强的吸收能力，而氮气和二氧化碳分子的吸收作用较弱。
此外，大气中的气溶胶和颗粒也会对太赫兹波的传播造成散射和衰减。
3. 太赫兹波大气传播特性的数学模型为了研究太赫兹波在大气中的传播特性，我们建立了太赫兹波传播的数学模型。
首先，我们考虑了大气中各种成分对太赫兹波的吸收能力，并将其转化为等效吸收系数。
然后，我们分析了大气中的物质对太赫兹波传播路径的扰动，建立了太赫兹波的衰减模型。
最后，我们考虑了大气中气溶胶和颗粒对太赫兹波的散射，建立了散射衰减模型。
通过将吸收和散射两种因素结合，我们得到了太赫兹波在大气中传播的数学模型。
4. 实验验证为了验证所建立的数学模型的准确性，我们进行了一系列的实验。
首先，我们利用太赫兹波发射器和接收器，在实验室中模拟了太赫兹波在大气中传播的过程。
太赫兹技术研究背景与意义
太赫兹技术研究背景与意义
以太赫兹技术是一种新兴的无线通信技术，其频率范围在300GHz 至3THz之间。
以太赫兹技术的研究背景和意义在于其在通信、医疗、安全检测等领域的广泛应用。
以太赫兹技术在通信领域的应用前景广阔。
由于其高频率和大带宽特性，以太赫兹技术可以实现高速数据传输，比如在5G通信中，以太赫兹技术可以提供更高的数据传输速率和更低的延迟，从而满足人们对于高速、低延迟通信的需求。
以太赫兹技术在医疗领域的应用也备受关注。
以太赫兹波可以穿透人体组织，而且对生物组织的损伤很小，因此可以用于医学成像、癌症检测等方面。
同时，以太赫兹技术还可以用于药物检测和分析，为医学研究提供了新的手段。
以太赫兹技术在安全检测领域也有着广泛的应用。
以太赫兹波可以穿透许多物质，如纸张、塑料、衣物等，因此可以用于安全检测领域，如行李检测、人员安检等。
此外，以太赫兹技术还可以用于无损检测，如检测建筑物、桥梁等结构的缺陷和损伤。
以太赫兹技术的研究背景和意义在于其在通信、医疗、安全检测等领域的广泛应用。
随着技术的不断发展和完善，相信以太赫兹技术将会在更多领域得到应用，为人们的生活带来更多便利和安全。
太赫兹电磁波空气的传输损耗
太赫兹电磁波空气的传输损耗太赫兹电磁波空气的传输损耗与大气特性相关，了解这一点对于深入探讨太赫兹电磁波在通信和传感领域的应用至关重要。
在本文中，我们将从简单的概念开始，逐步深入，详细探讨太赫兹电磁波在空气中的传输损耗，并分析其影响因素和应用前景。
1. 太赫兹电磁波空气传输损耗的基本概念太赫兹电磁波是指频率介于红外光和微波之间的电磁辐射波段，波长范围大约在0.1毫米到1毫米之间。
这一波段的电磁波具有穿透力强、非电离辐射、对生物安全无害等特点，因此在通信、成像、安检等领域具有广阔的应用前景。
然而，正是由于其特殊的频率和波长特性，太赫兹电磁波在空气传输过程中会发生一定程度的传输损耗，限制了其在实际应用中的性能表现。
2. 太赫兹电磁波在空气中的传输特性空气对太赫兹电磁波的传输损耗主要受到频率、大气湿度和气压等因素的影响。
在一般情况下，太赫兹电磁波与大气中的气体和水汽分子发生相互作用，导致能量的逐渐衰减和吸收，从而产生传输损耗。
空气中的气压和温度也会对太赫兹电磁波的传输性能产生一定影响。
在实际应用中需要充分考虑这些因素，以提高太赫兹电磁波的传输效率和性能稳定性。
3. 影响太赫兹电磁波空气传输损耗的因素太赫兹电磁波在空气传输过程中的损耗主要受到频率、大气湿度、气压和温度等因素的影响。
频率直接影响了太赫兹电磁波与空气分子间的相互作用方式，高频率下太赫兹电磁波更容易被空气吸收。
大气湿度也是一个重要影响因素，水汽能够吸收太赫兹波辐射，特别是在高湿度环境下，传输损耗将更加显著。
气压和温度会影响大气密度和分子振动等参数，从而改变太赫兹电磁波的传输性能。
4. 太赫兹电磁波空气传输损耗的应用前景尽管太赫兹电磁波在空气中存在一定的传输损耗，但其在通信、成像和安检等领域的应用前景依然非常广阔。
通过对太赫兹电磁波的传输损耗进行深入研究和理解，可以有针对性地优化相关设备和技术，提高太赫兹电磁波的传输效率和性能稳定性，从而推动相关领域的发展和应用。
太赫兹技术研究现状
太赫兹技术研究现状一、太赫兹源和检测器太赫兹波源的研究是太赫兹技术的关键之一、常见的太赫兹源包括光学激光器、微波源和荷电粒子束。
其中，光学激光器是目前最常用的太赫兹波源。
检测器的选择也对太赫兹技术的应用起到关键作用。
常用的太赫兹检测器有太赫兹增强型光电探测器、微波检测器和热电探测器等。
二、太赫兹成像技术太赫兹成像技术是太赫兹技术的主要应用之一、相比传统成像技术，太赫兹波能够穿透许多日常物体，如纸张、塑料和织物等，同时对多种材料具有良好的吸收和反射特性。
太赫兹成像技术可用于检测物体的内部结构、识别隐蔽物体和观测材料的物理特性。
三、太赫兹通信技术太赫兹通信技术是近年来研究热点之一、由于太赫兹波具有相对较高的带宽和较低的能量传输损耗，因此被认为是下一代高速无线通信的理想选择。
目前，太赫兹通信技术主要面临的挑战是信号传输的稳定性和传输距离的限制。
四、太赫兹辐射太赫兹辐射是指在太赫兹频率范围内的电磁辐射现象。
太赫兹辐射具有波长较长，穿透力较强的特点，因此对生物组织和有机物质的影响较小。
这使得太赫兹辐射在医疗影像、食品质量检测和安全检测等领域得到广泛应用的研究。
五、太赫兹光学太赫兹光学是研究和应用太赫兹波的光学现象和原理。
太赫兹光学包括太赫兹波的产生、传播、调制和控制等方面的研究。
太赫兹光学技术能够在太赫兹频率范围内实现超材料、光子晶体、太赫兹光纤等器件的设计和实现。
总结而言，太赫兹技术是一项具有广泛应用前景的电磁波技术。
目前，太赫兹技术在太赫兹源和检测器、太赫兹成像、太赫兹通信、太赫兹辐射和太赫兹光学等领域都取得了一定的研究进展。
随着技术的不断进步和创新，太赫兹技术在各个领域的应用将会进一步拓展和完善。
《太赫兹超材料设计仿真及其传感特性研究》范文
《太赫兹超材料设计仿真及其传感特性研究》篇一一、引言随着科技的发展，太赫兹波段在通信、生物医学、安全检测等领域的应用越来越广泛。
太赫兹超材料作为一种新型的材料，具有独特的电磁特性和应用潜力，为太赫兹波段的应用提供了新的可能性。
本文将针对太赫兹超材料的设计仿真及其传感特性进行研究，以期为相关领域的应用提供理论支持和实践指导。
二、太赫兹超材料设计仿真1. 材料选择与制备太赫兹超材料的设计首先需要选择合适的材料。
目前，常用的太赫兹超材料包括金属薄膜、周期性结构等。
其中，金属薄膜具有良好的导电性和可塑性，是实现太赫兹超材料的重要基础。
而周期性结构则可以通过调整单元尺寸、形状等参数，实现太赫兹波的调控和操作。
在材料制备方面，需要采用先进的微纳加工技术，如电子束蒸发、光刻技术等，制备出高质量的太赫兹超材料样品。
2. 设计方法与仿真在太赫兹超材料的设计中，需要根据具体的应用需求，采用合适的设计方法。
常用的设计方法包括遗传算法、拓扑优化等。
其中，遗传算法可以快速搜索出满足特定要求的最佳设计方案，而拓扑优化则可以通过调整材料的拓扑结构，实现电磁特性的优化。
在仿真方面，需要采用精确的电磁仿真软件，如COMSOL Multiphysics等。
通过仿真可以预测太赫兹超材料的电磁特性，如折射率、吸收率等，为后续的实验提供指导。
三、传感特性研究1. 传感原理太赫兹超材料具有独特的传感特性，其原理在于其具有较高的电场增强效应和电磁波的共振效应。
当太赫兹波与超材料相互作用时，会在特定的频率下产生强烈的共振效应，从而实现电磁波的探测和识别。
此外，太赫兹超材料的电场增强效应可以有效地提高传感器的灵敏度和响应速度。
2. 传感应用太赫兹超材料在传感领域具有广泛的应用前景。
例如，可以应用于生物分子检测、气体检测等领域。
在生物分子检测方面，可以利用太赫兹超材料的电场增强效应和共振效应，实现对生物分子的高灵敏度检测和识别。
在气体检测方面，可以利用太赫兹波在气体中的传播特性，结合太赫兹超材料的传感特性，实现对气体的有效检测和监控。
基于FDTD算法的太赫兹波传输特性研究及应用
基于FDTD算法的太赫兹波传输特性研究及应用近年来，太赫兹技术逐渐成为物理学、化学、生物学等领域的研究热点，其独特的电磁波特性使其在科研、医疗、安检等方面具有广泛的应用前景。
然而，太赫兹波的传输特性对于不同的材料和结构具有显著的差异，对于太赫兹波的传输特性进行研究和优化，是探索太赫兹技术应用最基础的问题之一。
FDTD (Finite-Difference Time-Domain)算法是目前太赫兹波传输特性研究的主要工具之一，其基本思想是将空间和时间离散化，通过差分方程求解电荷和电流的运动方程，从而得到电场和磁场的演化过程。
在FDTD算法的基础上，研究人员可以建立模拟太赫兹波传输的三维计算模型，进一步分析不同结构、材料对太赫兹波传输的影响。
太赫兹波在介质中的传输一般包括两种方式：传统的衰减和扩散，以及表面等离子体波(SPP)的存在。
在传统的衰减和扩散中，太赫兹波的能量随着传输距离的增加而逐渐减弱，最终消失；在SPP的存在下，太赫兹波的能量可以在介质表面上得到集中并传导，从而实现高效的传输。
而太赫兹波在传输过程中的损耗和传输距离除受介质本身的影响外，还与太赫兹波激发源的频率、入射角等因素密切相关。
根据上述特性，研究人员可以针对不同的应用场景，通过模拟太赫兹波的传输特性和优化设计太赫兹光学元器件等手段，实现太赫兹技术的应用。
以下就一些典型应用进行简单介绍。
太赫兹无损检测是太赫兹技术的典型应用之一。
今天知名的太赫兹无损检测设备产商包括JULABO、TERAHERTZ、DAIKIN、Sunscreen Technology等公司。
在太赫兹波照射下，被检测物质的表面会出现反射和透射，这些反射和透射的信号可以分析得到物质的检测结果，例如材料的成分、密度、结构等信息。
太赫兹无损检测技术优点是检测速度快、不会破坏被测物质、对于探测目标具有高分辨率等特点。
太赫兹成像是太赫兹技术的另一典型应用。
由于太赫兹波穿透力强而不会对生物和组织造成伤害，因此太赫兹医学应用领域具有广阔的发展前景。
关于在不同温度下太赫兹时域波谱的研究1
关于不同温度条件下太赫兹时域波谱的研究本文介绍了在不同温度下基于空气相干检测（0.3-14Thz）和电光检测（0.3-7Thz）等两种宽带太赫兹时域光谱检测技术。
随着相对温度的增加，太赫兹能量以指数级减少。
随着相对湿度从0%变化到40%，时域主脉冲的动态范围呈线性减少。
线性组件表明，对于Thz-ABCD 和EO 而言，斜率分别为-0.017和0.019。
由于在一般的EO检测中晶体存在多路反射，与EO 相比Thz-ABCD 有着较高的光谱分辨率。
本文比较了THz-ABCD 和FTIR两种方法测得的水蒸气的吸收光谱。
太赫兹已经在很多的应用方面体现出了优势，包括生物监测、非破坏性的检测、材料特性方面。
这是因为大多数分子和化学成分的旋转和谐振频率在这一频段内。
但在大气中传播太赫兹波时，水蒸气将对其造成衰减。
Grischkowsky已经提出了很多关于水蒸气吸收太赫兹波的研究。
尤其在0.2-2Thz频段。
另一方面，应用太赫兹进行空间观测受到日常天气、季节变换以及不同高度和地理位置的影响。
为了降低水蒸气吸收的影响许多人提出亚毫米波望远镜以应用于更高更干燥更冷的地面天文观测站。
利用选择性气体的太赫兹时域波谱现在提出了一个高密度的太赫兹场，一个宽带频谱以及对研究物质特性的敏感检测能力。
考虑到遥感，一种比较有前景的技术就是应用气体作为发射机和感应器。
为研究在各种环境中宽带太赫兹的特性，本研究用氮气作为太赫兹发射源，使用太赫兹空气偏相干检测和GaP晶体电光抽样，以测量在不同湿度下水蒸气的吸收作用。
图1 实验装置图1显示了使用Thz-ABCD和GaP EO抽样的宽带谱测量计电路图。
图中光源使用Ti蓝宝石放大器激光器，其中心工作波长为800nm，脉冲持续时间为50fs，能量为1.3豪焦耳，3kHz的重复速率，通过一个光波分离器激光束被分为两路。
其中一个波束有85%的能量穿过一个100um厚的I型BB0晶体。
通过它产生一个400nm波长的次级波束。
6G太赫兹传输特性
6G太赫兹传输特性一、引言随着高清数字电视、超高清VR/AR等多媒体业务的日益兴起，人们对高速数据传输的需求日益增长。
为了实现更高的数据速率，通信系统需要分配更宽的带宽，追求更高的频谱效率。
在带宽方面，100GHz以上的载波频率是未来无线局域网最有希望的替代方案。
太赫兹（THz）波段通常从300GHz到10THz。
这一波段的电磁波对陶瓷、纸张、木材、纺织品和塑料等介质材料可以轻易穿透，但很难穿透金属和水。
在外层空间，太赫兹波可以无损耗的传输，用很小的功率就可实现远距离通信，因此，太赫兹频段可以广泛应用于太空通信中。
但在大气环境下，高自由空间损耗以及大气效应引起的额外衰减是一个巨大的挑战。
在不同的天气条件下，如大气分子、雨滴或雾滴，都可能导致太赫兹波段电磁波的高衰减或散射。
然而在某些确定的太赫兹频段依旧可以产生较低的衰减，因此可以在这些频率窗口范围内进行数据传输。
通常这些频率窗口被定义在300GHz~1THz，超过1THz的频段由于极端的衰减不在无线通信建议的使用选项中。
因此，6G太赫兹应用落地还面临一系列的问题与挑战。
运营商和各个行业已经开始从太赫兹器件和太赫兹光学应用方面进行研究，但业界对太赫兹在无线链路的传播特性的分析还比较少。
本文分析了太赫兹在晴朗空气、雨天、雾天等场景的链路损耗，并依据太赫兹链路传播特点提出6G太赫兹应用场景建议。
二、6G太赫兹在大气中传播特性分析大气和天气对无线电波传播的影响表现为衰减、相移和到达角的变化，这种现象包括分子吸收（主要是由于水蒸气和氧气）、散射和闪烁。
在分子（气体）吸收方面，水蒸气是大气中最基本的吸收成分，会导致太赫兹频段，尤其是300GHz以上某些太赫兹波段衰减值较大。
（一）晴朗天气太赫兹传播特性分析在晴朗的天气中太赫兹波的衰减取决于电磁波和分子共振的频率差，当波的频率与共振频率重合时，衰减会达到最大值。
在557GHz和752GHz2种谐振频率下，均表现出较高的衰减。
太赫兹波大气传播特性建模与遥感探测研究
太赫兹波大气传播特性建模与遥感探测研究对流层气溶胶和晴空大气太赫兹波辐射传输研究,在视距与地空通信、遥感和雷达探测等领域具有着重要学术意义和广泛的应用前景。
论文基于粒子多重散射理论,研究了降雨、雾和城市气溶胶的太赫兹波传播特性;对340 GHz太赫兹大气传输测试系统进行了定标及数据测量,理论结合实验数据建立了太赫兹大气衰减模型,并提出了修正天顶衰减等效高度模型;利用ARTS模型数值计算了晴空和冰晶卷云的大气向上辐射亮温,分析了地空路径水汽和温度探测通道的辐射亮温贡献的高度变化特征,研究了太赫兹晴空大气背景和卷云辐射传输衰减特性以及通道的选择。
本文主要成果如下:1.基于分子结构介绍了太赫兹波的分子吸收机理,在此基础上计算分析了10 THz以下频段晴空大气的太赫兹波衰减,分别针对不同的应用建议选择吸收较小窗口或者发射辐射较大的吸收峰频率。
在粒子散射理论的基础上,重点计算分析了气溶胶粒子在窗口波段的散射传播特性。
利用Mie理论分析了太赫兹波段单个雨滴粒子的散射特性,并分别利用单次散射和多重散射计算了不同雨滴粒子尺寸分布和不同地区降雨衰减率变化。
通过比较Rayleigh近似与单次散射衰减结果,得到了不同能见度时Rayleigh散射的适用频率范围。
计算了城市气溶胶的传播透过率,并与红外波段进行比较,定量的说明了,太赫兹波穿透气溶胶的能力优于红外波段。
2.卷云的全球覆盖率高,对地球能量收支平衡、天气演变及气候变化有重要的影响,故利用各种手段对其进行遥感探测是众多专家学者的一直以来的研究方向,太赫兹波被证明具备探测卷云内部微物理特性的潜力。
本文在利用DDA近似方法计算不同形状冰晶粒子散射特性的基础上研究了卷云的单体散射特性、平均散射特性及大气向上辐射特性。
通过对不同形状冰晶粒子组成卷云的向上辐射亮温随频率变化的对比分析发现,300 GHz以下频率是探测最大尺寸为1100μm冰晶粒子的最近探测通道。
3.完成了340 GHz波大气传输系统定标过程,分析了实验数据并与理论计算数据的对比,在大气吸收衰减理论计算的基础上拟合了340 GHz频点上的衰减模型,结果表明该模型在地表可能出现的温度和湿度范围内有很高的精度。
《太赫兹超材料设计仿真及其传感特性研究》范文
《太赫兹超材料设计仿真及其传感特性研究》篇一一、引言随着科技的不断进步，太赫兹波（THz wave）技术在诸多领域如通信、生物医学、安全检测等逐渐显现出其重要价值。
太赫兹超材料（Terahertz Metamaterials）作为调控太赫兹波的重要工具，近年来得到了广泛的研究和关注。
本文旨在设计并仿真太赫兹超材料，研究其传感特性，以期为相关应用提供理论依据和技术支持。
二、太赫兹超材料设计1. 设计原理太赫兹超材料设计基于亚波长尺度下的人工结构单元，通过调整结构单元的尺寸、形状和排列方式，实现对太赫兹波的特殊响应。
设计过程中需遵循电磁场理论、传输线理论等基本原理，结合计算机仿真软件进行模拟验证。
2. 结构单元设计在太赫兹超材料设计中，结构单元的设计至关重要。
本文设计了一种新型的开口环谐振器（Split-Ring Resonators, SRRs）结构，通过调整开口环的尺寸、间距和排列方式，实现对太赫兹波的精确调控。
此外，还设计了其他多种结构单元进行对比分析。
3. 仿真方法本文采用时域有限差分法（Finite-Difference Time-Domain, FDTD）进行仿真分析。
通过建立三维模型，设置合适的边界条件和激励源，模拟太赫兹波在超材料中的传播特性。
此外，还利用电磁场仿真软件对结构单元的电磁响应进行了仿真分析。
三、太赫兹超材料传感特性研究1. 传感原理太赫兹超材料的传感特性主要基于其特殊的电磁响应。
当太赫兹波与超材料相互作用时，其电磁场与超材料中的结构单元发生耦合，产生特定的共振效应。
通过测量共振频率、振幅等参数，可以实现对物质特性的检测和传感。
2. 实验方法实验中，我们采用太赫兹时域光谱技术（Terahertz Time-Domain Spectroscopy, THz-TDS）对太赫兹超材料的传感特性进行测量。
通过将超材料样品置于太赫兹波束中，测量透射、反射等信号，获取样品的太赫兹光谱数据。
《2024年太赫兹超材料设计仿真及其传感特性研究》范文
《太赫兹超材料设计仿真及其传感特性研究》篇一一、引言太赫兹（THz）波作为一种介于微波与红外线之间的电磁波，具有独特的物理特性和广泛的应用前景。
近年来，太赫兹超材料因其独特的电磁特性和良好的应用潜力，成为了国内外的研究热点。
本文将围绕太赫兹超材料的设计仿真及其传感特性进行研究，以期为太赫兹技术的发展提供理论支持和实验依据。
二、太赫兹超材料设计理论及仿真方法太赫兹超材料设计的基本原理是基于亚波长结构的单元，通过对单元尺寸、形状和排列方式的设计，实现对电磁波的调制和控制。
目前，太赫兹超材料的设计主要依赖于计算机仿真技术，包括时域有限差分法（FDTD）、有限元法（FEM）等。
1. 单元结构设计太赫兹超材料的单元结构包括不同尺寸的孔洞、裂纹和复合结构等。
通过对这些结构的形状、尺寸和排列方式进行调整，可以实现不同频段的电磁波调控。
同时，还应考虑结构稳定性、制作工艺和实际应用等因素。
2. 仿真方法太赫兹超材料的仿真主要包括FDTD和FEM两种方法。
FDTD方法具有较高的计算效率，适用于快速分析复杂结构对电磁波的响应；FEM方法则适用于更精细的结构分析，可以得到更为精确的仿真结果。
通过比较这两种方法的结果，为太赫兹超材料设计提供理论支持。
三、太赫兹超材料的制备及表征技术制备太赫兹超材料的关键在于精确控制单元结构的尺寸和形状。
目前，常用的制备技术包括光刻技术、纳米压印技术和自组装技术等。
同时，需要对制备出的太赫兹超材料进行表征，以验证其性能和结构。
常用的表征技术包括光学显微镜、电子显微镜和光谱技术等。
四、太赫兹超材料的传感特性研究太赫兹超材料具有独特的传感特性，可应用于生物分子检测、化学物质检测和安全检测等领域。
本文将重点研究太赫兹超材料的传感特性及其在上述领域的应用。
1. 生物分子检测利用太赫兹超材料的传感特性，可以实现生物分子的快速检测。
通过对太赫兹波与生物分子相互作用的研究，可以了解生物分子的结构和性质，为疾病诊断和治疗提供新的手段。
电子信息工程中的新型传输介质研究
电子信息工程中的新型传输介质研究在当今科技飞速发展的时代，电子信息工程领域的创新不断推动着社会的进步。
其中，新型传输介质的研究成为了一个关键的热点方向，为信息的高效、稳定和快速传输开辟了新的途径。
传统的传输介质，如铜线和光纤，在过去几十年中为信息传输立下了汗马功劳。
然而，随着信息技术的不断演进，对传输速度、容量、稳定性和适应性等方面提出了更高的要求，这促使研究人员积极探索新型传输介质。
一种备受关注的新型传输介质是太赫兹波。
太赫兹波处于微波与红外线之间的频段，具有独特的性质。
它能够携带大量的信息，频谱资源丰富，为实现超高速的数据传输提供了可能。
与传统的微波相比，太赫兹波的频率更高，意味着在相同时间内能够传输更多的数据。
而且，太赫兹波具有较低的光子能量，对生物组织的穿透性相对较弱，这在一些特殊的应用场景，如生物医学成像和安检领域，具有重要的意义。
另一种有潜力的新型传输介质是石墨烯。
石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料，具有出色的电学和光学性能。
在电子信息工程中，利用石墨烯的高载流子迁移率和良好的导电性，可以制造出性能优越的电子器件和传输线路。
石墨烯的柔韧性也使其能够应用于可穿戴设备和柔性电子产品中，为信息传输提供了新的形态和方式。
还有一种值得一提的新型传输介质是量子通道。
量子通信基于量子力学的原理，具有绝对的安全性和保密性。
通过量子纠缠等特性，信息可以在量子通道中实现瞬间传输，并且无法被窃听和破解。
这为国防、金融等对信息安全要求极高的领域带来了革命性的变化。
然而，新型传输介质的研究和应用并非一帆风顺。
太赫兹波在传输过程中容易受到大气吸收和散射的影响，导致信号衰减严重，这限制了其在长距离传输中的应用。
石墨烯的大规模制备技术仍有待完善，成本较高，且在实际应用中还存在一些稳定性和可靠性的问题。
量子通道的建立和维护需要极其复杂的技术和设备支持，目前还处于实验阶段，离广泛的商业应用还有一定的距离。
为了克服这些挑战，研究人员正在不断努力。
《2024年太赫兹超材料设计仿真及其传感特性研究》范文
《太赫兹超材料设计仿真及其传感特性研究》篇一一、引言太赫兹（THz）波作为电磁波谱中一个重要的频段，具有独特的物理特性和广泛的应用前景。
近年来，随着超材料技术的不断发展，太赫兹超材料在诸多领域展现出强大的应用潜力，包括但不限于传感、成像、通信等。
本文将围绕太赫兹超材料的设计仿真及其传感特性进行研究，为未来相关应用提供理论支持和实验依据。
二、太赫兹超材料设计理论基础2.1 太赫兹超材料定义及特点太赫兹超材料是一种具有特殊电磁特性的新型人工材料，其结构尺寸远小于工作波长。
这种材料具有独特的电磁响应特性，可实现特殊的光学性能。
2.2 设计原则及方法太赫兹超材料的设计遵循一定的原则和方法。
首先，需根据应用需求确定设计目标；其次，利用仿真软件对结构进行优化设计；最后，通过实验验证设计结果的可靠性。
设计过程中需充分考虑材料的物理特性、加工工艺以及环境因素等。
2.3 仿真软件介绍仿真软件在太赫兹超材料设计中起着至关重要的作用。
本文将使用COMSOL Multiphysics等仿真软件进行设计仿真。
这些软件可模拟太赫兹波在超材料中的传播特性，为设计提供有力支持。
三、太赫兹超材料设计实例3.1 结构设计与参数优化以一种太赫兹波段的高透射率超材料为例，通过调整结构单元的几何尺寸、形状以及排列方式等参数，实现太赫兹波的高透射率。
利用仿真软件对结构进行优化设计，得到最佳的结构参数。
3.2 制备与表征根据优化后的结构参数，采用微纳加工技术制备太赫兹超材料样品。
通过光学测试和扫描电子显微镜（SEM）等手段对样品进行表征，验证其结构和性能。
四、传感特性研究4.1 传感原理太赫兹超材料具有独特的传感原理，通过检测太赫兹波的传播特性变化来实现传感。
本文将研究太赫兹超材料在温度、湿度、压力等不同环境因素下的传感特性。
4.2 实验方法与结果分析通过搭建太赫兹波传输系统，对不同环境因素下的太赫兹超材料样品进行实验测试。
分析实验结果，探讨环境因素对太赫兹超材料传感特性的影响。
太赫兹波模拟传输技术研究
太赫兹波模拟传输技术研究第一章引言太赫兹波是介于微波和红外光之间的电磁波，波长在0.1mm~1mm之间。
太赫兹波在生物医学、安全检测、无损检测等领域都有广泛的应用前景。
但是，由于太赫兹波的传输和调制技术及器件制备技术的限制，目前在该领域中的应用较少。
因此，如何提高太赫兹波的传输和调制性能，成为了当前研究的热点之一。
本文将围绕太赫兹波模拟传输技术的研究展开深入探讨。
第二章太赫兹波传输特点太赫兹波的传输特点主要包括以下两个方面。
2.1 高频且有传输损耗太赫兹波频率高，且在传输过程中会发生较大的传输损耗。
这就要求在太赫兹波传输过程中，需要通过合理的技术手段提高信号的传输质量，降低传输损耗。
2.2 又称“透视波”太赫兹波又被称为“透视波”。
它具有很好的穿透性，可以穿过一些常规波长的电磁波不能穿透的物质，如纸张、塑料、皮肤等。
这一特点使太赫兹波在医学检测、化学分析等领域有广泛的应用前景。
第三章太赫兹波模拟传输技术3.1 模拟传输太赫兹波模拟传输技术是一种将太赫兹信号进行模拟，利用数字信号处理技术进行数据的传输。
这种技术可以极大地减少太赫兹波的传输损耗，提高太赫兹波的传输质量。
3.2 数字信号处理技术数字信号处理技术是太赫兹波模拟传输技术的核心。
数字信号处理技术可以将太赫兹信号进行数字化，然后利用数据传输技术进行传输。
数字信号处理技术具有精度高、鲁棒性强等优点。
3.3 信道编码技术信道编码技术是指在数字信号处理技术基础上，对进行太赫兹波模拟传输的信号进行编码。
编码后的信号可以在一定程度上提高传输质量，增强抗噪声的能力。
信道编码技术可以使用瑞利/纳卡信道编码、瑞利/郎伯格信道编码等。
第四章太赫兹波模拟传输技术的应用4.1 安全检测太赫兹波模拟传输技术可以用于安全检测领域。
通过太赫兹波对被测物品进行扫描，可以发现其中的隐蔽物品或者有害物质。
太赫兹波模拟传输技术可以提高太赫兹波在安全检测领域的应用。
4.2 生物医学太赫兹波模拟传输技术在生物医学领域中有广泛的应用。
《太赫兹超材料设计仿真及其传感特性研究》范文
《太赫兹超材料设计仿真及其传感特性研究》篇一一、引言随着科技的发展，太赫兹（THz）波段的超材料技术已经成为了科学研究的重要领域。
太赫兹波段因其特殊的物理特性，在安全检测、医疗诊断、无损检测等多个领域具有广泛的应用前景。
本文将探讨太赫兹超材料的设计仿真及其传感特性的研究，旨在为相关领域的研究和应用提供理论支持。
二、太赫兹超材料设计仿真1. 设计原理太赫兹超材料是一种具有特殊电磁特性的材料，其设计原理主要基于电磁场理论及光学原理。
通过合理设计材料的结构，如改变材料的形状、尺寸和排列方式等，可以实现太赫兹波的操控和转换。
在设计中，需要考虑材料的基本性质、工作环境及目标性能等因素。
2. 仿真方法为了验证设计的可行性，需要采用仿真软件进行模拟分析。
目前常用的仿真软件包括COMSOL、ANSYS等。
在仿真过程中，需要建立准确的模型，并设定合适的边界条件和参数。
通过分析仿真结果，可以预测太赫兹超材料的性能和特点，为后续的实验研究提供依据。
三、太赫兹超材料的传感特性研究1. 传感原理太赫兹超材料具有独特的传感特性，其传感原理主要基于太赫兹波的传输和反射特性。
通过测量太赫兹波的传播速度、强度和相位等信息，可以实现对物质性质的感知和识别。
在传感过程中，需要考虑物质的吸收、散射及太赫兹波与物质的相互作用等因素。
2. 传感特性分析通过对不同设计的太赫兹超材料进行实验研究，可以分析其传感特性。
例如，可以研究不同结构参数对传感性能的影响，以及在不同环境下的传感性能变化等。
此外，还可以通过与其他传感器进行比较，评估太赫兹超材料的优势和局限性。
四、实验结果与讨论1. 实验结果通过设计仿真和实验研究，我们得到了不同设计的太赫兹超材料的传感特性数据。
实验结果表明，合理设计的太赫兹超材料具有优异的传感性能，能够实现对物质性质的快速、准确感知。
同时，我们还发现不同环境因素对太赫兹超材料的传感性能有一定影响。
2. 讨论与展望从实验结果来看，太赫兹超材料在传感领域具有广泛的应用前景。
太赫兹通信系统初步仿真与实验技术研究的开题报告
太赫兹通信系统初步仿真与实验技术研究的开题报告一、选题背景太赫兹通信系统是一种基于太赫兹频段（0.1-10 THz）的高速通信技术，具有宽带、高速、高信息容量、低能耗等特点，已被广泛应用于安全检测、医疗诊断、成像和通信等领域。
然而，由于太赫兹波在大气层和传输介质中的衰减和散射等问题，其在实际应用中面临着很大的挑战。
因此，对太赫兹通信系统的仿真和实验进行深入研究，对于太赫兹通信系统的实际应用具有重要意义。
二、研究内容本课题的主要研究内容包括：（1）太赫兹通信系统仿真技术的研究。
通过对太赫兹通信系统的信道模型、传输特性等进行深入研究，建立相应的仿真模型，对太赫兹通信系统进行仿真分析。
（2）太赫兹通信系统实验技术的研究。
通过构建太赫兹通信系统的实验平台，对太赫兹通信系统进行实验验证，并进行性能测试和优化。
（3）太赫兹通信系统仿真与实验结果的对比分析。
对太赫兹通信系统仿真与实验结果进行对比分析，并进一步优化太赫兹通信系统的性能。
三、研究意义本课题的研究成果可以为太赫兹通信系统的实际应用提供重要参考，具有以下意义：（1）深入了解太赫兹通信系统的传输特性和信道模型，为太赫兹通信系统的实际应用提供理论基础。
（2）建立太赫兹通信系统的仿真模型，对系统的性能进行分析和预测，为系统的优化提供有效的手段。
（3）通过构建实验平台，对太赫兹通信系统进行实验验证，验证了仿真结果的准确性，并为系统的实际应用提供了数据支持。
四、研究方法本课题主要采用仿真和实验相结合的方法进行研究。
具体研究方法如下：（1）太赫兹通信系统信道模型和传输特性的研究。
通过文献调研和理论分析等方法，建立太赫兹通信系统的信道模型和传输特性，为后续仿真和实验研究提供理论基础。
（2）太赫兹通信系统仿真研究。
通过建立仿真模型，对太赫兹通信系统进行仿真分析，优化系统参数，提高系统性能。
（3）太赫兹通信系统实验研究。
通过构建实验平台，对太赫兹通信系统进行实验验证，对系统进行性能测试和优化。
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ｌ 太 赫 兹大 气 传 输 特 性 实 验 平 台设 计
开 展太 赫兹 辐射 大气 衰减 实验 研究 ， 必须 首 先对 太赫 兹辐 射源 进行 优化 选择 ， 并对 太赫 兹波 源谱 线 的测量 方法、 输 出 功率稳 定性 、 太 赫兹 辐射 在传 输路 径上 的散射 、 反射 损失 等进 行研究 ； 同时设 计具 有 良好 输入 输 出匹
流 层 。对 流层 大气对 太 赫兹有 非 常 明显 的连续 和线 吸 收作 用 ， 表现 为 衰减 系数 随频 率 缓慢 上 升 的 同时 呈 振荡
分布 ， 存 在 多个 吸 收峰 和透射 窗 口¨ ｇ 。 。 由于 目前 太赫 兹辐 射源 功率 还无 法 做到 足 够 大 ， 因此要 实 现对 流 层 中
第 ２ ５卷第 ６ 期 ２ ０ １ ３年 ６月
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ ＧＨ ＰＯＷ ＥＲ ＬＡＳＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩ ＣＬＥ ＢＥＡＭ Ｓ
Ｖｏ １ ． ２ ５，ＮＯ ． ６
Ｊ ｕ ｎ ．，２ ０ １ ３
文章编号 ： １ ０ ０ １ － ４ ３ ２ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ － １ ５ ７ ３ — ０ ４
配性 能 的太 赫兹波 传输 系统 ， 以实现 太赫 兹波 高效 、 集 中传 输 ； 设 计 大气模 拟 室 ， 即可通 过调 整温 度 、 湿度 、 气 压
等参 数 ， 以模 拟 ＴＨｚ波在不 同温度 、 不 同湿度 、 不 同气压 条 件 下不 同气体 如 氮气 、 干燥 空 气及 水 蒸 气 等 的传 输 环境 ； 设计 太赫 兹测 试 系统 等 ， 以实现 对各 种太 赫 兹辐射 的 大气 衰减 测量 。
对 不 同频 段 Ｔ Ｈｚ波 衰 减 的规 律 性 ； 同时 ， 建 立 太 赫 兹 大 气 传输 特 性 动 态 数 据 库 对 海 量 大 气 环 境 数 据 进 行 有 效
地分析 ， 为实验数据处理及理论研究提供支 持。 关 键 词 ： 太 赫 兹 ； 大 气 传 输 ； 大气 模 拟 室 ； 动 态 数 据 库
本文 选择 Ｆ Ｉ Ｒ Ｌ １ ０ ０一体 化 ＴＨｚ 激 光器 作 为太 赫兹 源 。这种 ＴＨｚ 激光 器 系统利 用 Ｃ Ｏ。 激光 器泵 浦有 机 分子 ， 不同的 Ｃ Ｏｚ 激 光谱 线使 得有 机分 子发 生 能级 跃迁 ， 粒 子数 翻 转 ， 经 过谐 振 腔 得 到相 应 的 ＴＨｚ 波 段 激 光 谱 线输 出 ， 输 出功率 可达 １ ５ ０ ｍｗ＠２ ． ５ ２ ＴＨｚ （ １ １ ８ ． ８ ｍ） ， １ ． ６ ３ ＴＨｚ （ １ ８ ４ ． ３耻 ｍ） ， 可在 ０ ． ２ ５ ～７ ． ５ ＴＨｚ频段 内产生 近 ８ ０条 谱线 输 出 。经 分析 比较 ， 从 太赫 兹频 段 的覆 盖性 、 功 率 强 度 和频 率 的 稳定 性 ， Ｆ Ｉ ＲＬ １ ０ ０作 为输 出光源 较 为适合 开 展这类 太 赫兹 辐射 大气 衰减 实验 。
太 赫 兹 大 气 传 输 特 性 实 验 研 究
周 逊 。 ， 李赜宇 。 ， 罗振飞 。 ， 董志伟 ， 杨存榜 。
（ １ ．中 国 工 程 物 理 研究 院 激 光 聚 变 研 究 中心 ，成 都 ６ １ ０ ０ ４ １ ； ２ ．北 京 应 用 物 理 与 计 算数 学 研究 所 ，ｊ Ｅ 京 １ ０ ０ ０ ９ ４ ；
太 赫兹 通信 及 雷达应 用 ， 掌握 不 同湿度 、 温度 、 压强 、 组分 条 件下 的太 赫 兹 频段 大 气 窗 口的位 置 和宽 度 ， 是 利用
好 该频谱 资 源 的前提 条件 。故 此 ， 进行 太赫 兹大 气传 输 实验 测试 ， 通 过 试 验结 果 与 理论 模 型 的相 互 验证 优 化 ， 对 太赫 兹技 术 的应用 具有 重要 的现实 意义 。
３ ．中 国工 程 物 理 研 究 院 太 赫兹 研 究 中 心 ，四川 绵 阳 ６ ２ １ ９ ０ ０ ）
摘
要： 太赫兹在高速率通信 、 高 分 辨 力 雷 达 等 方 面 具 有 广 阔 的应 用 前 景 ， 而 对 太 规 律 进 行 系 统 的 理 论 与 实 验 研 究 则 是 发 展 利 用 该 频 谱 资 源 的 基 础 条 件 。对 大 气 作 用 于 太 赫 兹 频 段 电 磁 辐 射 的 吸 收 衰减 进 行 了 实 验 测 试 研 究 。通 过 双 光 路 的差 分 系 统 设 计 ， 尽 可 能 地 减 小 太 赫 兹 辐 射 源 输 出 功 率 不稳定性所产 生的系统误差 ， 完 成 大气 模 拟 环 境 下 太 赫 兹 波 段 多 个 频 点 传 输 的功 率 变 化测 定 ， 以探 索 大 气 环 境
中 图 分 类 号 ： ＴＮ９ ２ ８ 文献标志码 ： Ａ ｄ ｏ ｜ ： １ ０ ． ３ ７ ８ ８ ／ ＨＰ ＬＰ Ｂ２ ０ １ ３ ２ ５ ０ ６ ． １ ５ ７ ３
太赫 兹 （ Ｔ Ｈｚ ） 波通 常是 指频 率在 ０ ． ３ ～１ ０ ＴＨｚ 范 围内 的电磁 波 ， 处 于科 学技 术发 展相 对 较好 的微波 毫 米 波 与红外 线光 波之 间 ， 是光 子学 技术 与 电子学 技术 、 宏 观 与微 观 的 过渡 区域口 ＿ ３ ＿ ， 在 超 高 速通 信 、 高 分 辨力 雷 达 等 方 面有 重要 应用 前景 ［ ４ ］ 。太赫 兹大 气传 输特 性研 究是 太 赫兹 诸 多 研究 、 应 用 的基 础 ， 具 有 重 要 的学 术 意 义 和实 用价值 。大气 对太 赫兹 辐射 传输 而 言存在 一定 的非 协作 性 ， 即存 在 吸 收衰 减 ＿ ８ ＿ 。 目前 ， 多 数 太赫 兹 应 用 均 发 生在 对流 层 。对 流层包 含地 球大 气 总质 量 的 ８ ０ ， 绝 大 部分 是 水 汽 ， 几 乎所 有 的天气 现 象 也 都发 生 在 对