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微结构太赫兹波导的设计与特性分析 开题报告
文章来源:www.biyezuopin.cc   发布者:大学生毕业作品网站  

毕业论文开题报告表
课题名称 微结构太赫兹波导的设计与特性分析
课题来源 科研课题 课题类型 理论研究类 指导教师
学生姓名 学    号 专    业 应用物理学
课题的意义:
1.选题背景及意义
随着近20年超快电子学技术、微电子技术以及激光技术的发展,为太赫兹辐射提供了稳定可靠的发射源和探测手段,从而促进了太赫兹技术的迅速发展。早期太赫兹在不同的领域有不同的名称,在光学领域被称为远红外,而在电子学领域,则称其为亚毫米波、超微波等。在20世纪80年代中期之前,太赫兹波段两侧的红外和微波技术发展相对比较成熟,但是人们对太赫兹波段的认识仍然非常有限,形成了所谓的“THz Gap”。
太赫兹波导的研究,目的是要实现低损耗,低色散的THz波传输波导,从而替代传统的光学器件对THz波进行控制,最终推动太赫兹时域系统的集成化小型化。经过了十几年的发展,人们提出了许多类型的太赫兹波导功能器件,按大类分,主要有金属波导和介质(聚合物)波导两大类。当前人工太赫兹源按照产生原理可以分为三类:基于非线性介质的太赫兹源、基于加速电子的太赫兹源以及基于激光激射方法产生的太赫兹源。
由于太赫兹波在电磁波谱中位置特殊、性能优越,太赫兹技术在电子、信息、通信、生命、航天、国家安全等研究领域都具有重要的学术价值和巨大的应用前景。
太赫兹波具有穿透性强、使用安全性高、定向性好、带宽高等技术特性,由于太赫兹释放的能量很小,不会在人体产生有害的光致电离。所以,相比X射线,太赫兹是一种更安全的安检技术。由于太赫兹在电磁波谱中有着特殊的位置,因此,它有一系列的优越性,而这优越性使其具有很好的应用前景。其主要特性如下:
1)波粒二相性:太赫兹辐射是电磁波,因此它具有电磁波的所有特性。太赫兹波具有干涉、衍射等波动特性,在与物质相互作用时,太赫兹波显示出了粒子特性。
2)高透性:太赫兹对许多介电材料和非极性物质具有良好的穿透性,可对不透明物体进行透视成像,是X射线成像和超声波成像技术的有效互补,可用于安检或质检过程中的无损检测。另外,太赫兹在浓烟、沙尘环境中传输损耗很少,是火灾救护、沙漠救援、战场寻敌等复杂环境中成像的理想光源。
3)安全性:相对于X射线有千电子伏的光子能量,太赫兹辐射的能量只有毫电子伏的数量级。它的能量低于各种化学键的键能,因此它不会引起有害的电离反应。这点对旅客身体的安全检查和对生物样品的检查等应用至关重要。另外,由于水对太赫兹波有非常强烈的吸收性,太赫兹波不能穿透人体的皮肤。因此,即使强烈的太赫兹辐射,对人体的影响也只能停留在皮肤表层,而不是像微波可以穿透到人体的内部。
4) 光谱分辨特性:许多有机分子,如生物大分子的振动和旋转频率都在太赫兹波段,所以在太赫兹波段表现出很强的吸收和色散特性。物质的太赫兹光谱(发射、反射和透射光谱)包含丰富的物理和化学信息,使得它们具有类似指纹一样的唯一特点。因此,太赫兹光谱成像技术不仅能够分辨物体的形貌,还能识别物体的组成成分。为缉毒、反恐、排爆等提供了可靠的相关理论依据和探测技术。
5) 很高的时间和空间相干性:太赫兹辐射是由相干电流驱动的偶极子振荡产生,或是由相干的激光脉冲通过非线性光学差额效应产生,因此具有很高的时间相干性和空间相干性。
太赫兹技术涉及物理学、半导体、光学、材料科学、信号处理、激光技术、制冷技术、微波毫米波电子学等多种学科,是一个典型的交叉前沿领域。目前,在欧美俄日韩等国有数十所大学开展了太赫兹研究。美国航天局等机构都对太赫兹研究给予了大规模的投入;已有超10家的美国企业在太赫兹辐射相关产品的开发方面取得进展,如Picometrix公司开发的太赫兹成像系统已在NASA用于航天飞机外壁薄板内部缺陷检查,波音公司等也正在大力研发用于安全领域的太赫兹产品。太赫兹成像技术的发展至今只有十几年的时间,总体上看,多数应用还处在实验室阶段,真正的大规模工程应用还没有开始.目前资料中提到的太赫兹成像多为近场成像,尚未见有远距离成像的报道.作用距离是决定太赫兹技术工程应用前景的关键因素之一。如果太赫兹辐射在大气对流层内传输时的衰减问题不能得到有效解决,那么太赫兹技术在地面或海上的应用可能受到严重制约.相比之下,基于机载或星载平台的太赫兹雷达或太赫兹通信,则具有诱人的应用前景。
2. 国内外发展状况
2004年,美国政府将THz科技评为“改变未来世界的十大技术”之一,而日本于2005年1月8日更是将THz技术列为“国家支柱十大重点战略目标”之首,举全国之力进行研发。我国政府在2005年11月专门召开了“香山科技会议”,邀请国内多位在THz研究领域有影响的院士专门讨论我国THz事业的发展方向,并制定了我国THz技术的发展规划。目前国内已经有多家研究机构开展太赫兹领域的相关研究,其中首都师范大学,是入手较早,投入较大的一家,并且在毒品和炸药太赫兹光谱、成像和识别方面,利用太赫兹对非极性航天材料内部缺陷进行无损检测方面做出了许多开拓性的工作,同时由于太赫兹射线在安全检查方面的独特优势,首都师范大学太赫兹实验室正集中力量研发能够用于实景测试的安检原型设备。另外,美国、欧洲、亚洲、澳大利亚等许多国家和地区政府、机构、企业、大学和研究机构纷纷投入到THz的研发热潮之中。

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