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2023 Terahertz科学技术路线图
Leitenstorfer 1，Andrey S Mosquenk 2，Tobias CampFrath 3，4，第8号，Dmitry Turchinovich，Tanaka 10，Tanaka 10，Andrea G Markelz 11，17，Peter Uhd Jepsen，26 ，Xiaobang Shang John Cunningham 22， *
基于碳化聚酰亚胺薄膜的三维微结构频率选择表面用于太赫兹应用
频率选择表面 (FSS) 由周期性排列的一维或二维金属结构组成，由于其频率谐振特性而备受关注。FSS 可以根据其尺寸、形状、厚度和其他参数在特定频率范围内选择性地反射 (带阻) 或透射 (带通) 入射电磁波，这是 FSS 的识别特征。[1] 金属和介电材料结构被广泛用于设计太赫兹 FSS 或滤波器，因为它们具有高机械强度，有助于产生功能化设计。金属 FSS 可以通过反射或吸收电磁干扰来屏蔽，但是，制造所需结构的成本很高，并且正在被碳基材料取代，以获得高频电磁特性，具有合适的成本、重量轻、无腐蚀等特点。[2] 通常，碳基材料以 sp、sp 2 和 sp 3 键合，形成相互连接的碳-碳键的长链，从而产生不同的物理和电性能。 [3] 因此，这类材料可归类为半金属或非电介质材料（如石墨烯、石墨、碳纳米管、碳纳米纤维）[4,5]，因此通过在磁场和电场中应用飞秒激光脉冲产生 THz 脉冲，其纳米复合材料可表现出 THz 光跃迁、光电特性和介电特性。[6–11] 由于存在非局域 π 键电子，这些碳基材料表现出优异的 EMI 屏蔽性能。自由移动的电子与电磁波相互作用，导致反射，在共振频率下具有最大回波损耗值。[12] 过多的电磁能量会损坏周围的电路并引起不必要的噪声脉冲。Liang 等人。报道了竹状短碳纤维@Fe3O4@酚醛树脂和蜂窝状短碳纤维@Fe3O4@FeO复合材料作为高性能电磁波吸收材料，在4-18 GHz范围内成功实现了反射损耗-10 dB。[13]然而，在文献中对碳基材料在THz范围内的表征仍然没有很好的解释，关于碳基材料FSS特性的报道很少。最近，一种利用3D打印制造的碳基FSS吸收器
太赫兹的应用
尽管太赫兹波对主要由水组成的生物组织的穿透力很低，但它仍利用这一特性在多种医学成像或 THz 光谱应用中发挥作用。它们同样可以检测看不见的癌症、检测牙釉质下的早期龋齿、研究组织或细胞的水化作用、分析碳水化合物、蛋白质、胆固醇晶体或 DNA 等分子的结构损伤。在制药领域，THz-TDS 光谱可以研究药物的结构多态性。通过 THz 分析已经识别出不同光谱形式的活性药物成分 (API)。THz 还用于表征由不同活性药物物质 (多层片剂) 组成的缓释片 (SRT)。药片内部通过超短激光脉冲进行探测，根据其折射率，每层都会或多或少地反射激光脉冲。这可以以非破坏性的方式形成对比图像。这种太赫兹脉冲成像技术（TPI）的优点是可以提供有关这些层的特性的定量信息：封装的厚度、涂层的可重复性、分布和均匀性。
干式 3He 稀释制冷机内量子级联激光器的太赫兹频率辐射定向传输
我们提出了一种将太赫兹 (THz) 频率量子级联激光器 (QCL) 完全集成到稀释制冷机内的方案，以便将 THz 功率定向传输到样品空间。我们描述了位于制冷机脉冲管冷却器级上的 2.68 THz QCL 的成功运行，其输出通过空心金属波导和 Hysol 热隔离器耦合到位于毫开尔文样品级上的二维电子气 (2DEG) 上，实现了从 QCL 到样品的总损耗 ∼− 9 dB。热隔离器限制了热量泄漏到样品空间，实现基准温度 ∼ 210 mK。我们观察了 QCL 在 2DEG 中引起的回旋共振 (CR)，并探讨了 QCL 对制冷机所有阶段的加热影响。在低至 ∼ 430 mK 的电子温度下可以观察到由 THz QCL 引起的 CR 效应。结果表明，在稀释制冷机环境中利用 THz QCL 以及在极低温（< 0.5 K）凝聚态实验中传输 THz 功率是可行的。
用于太赫兹光子学的拓扑赋能膜装置
摘要。太赫兹波的控制为下一代传感、成像和信息通信提供了深厚的平台。然而，所有传统的太赫兹元件和系统都存在体积庞大、对缺陷敏感和传输损耗大等问题。我们提出并通过实验证明了拓扑器件的片上集成和小型化，这可能解决太赫兹技术的许多现有缺陷。我们设计和制造了基于谷-霍尔光子结构的拓扑器件，可用于片上太赫兹系统的各种集成组件。我们用拓扑波导、多端口耦合器、波分和回音壁模式谐振器证明了谷锁定非对称能量流和模式转换。我们的设备基于拓扑膜超表面，这对于开发片上光子学具有重要意义，并为太赫兹技术带来了许多特性。
基于SOI的微机械Terahertz检测器在室温和大气压下运行
我们提出了在绝缘子底物上硅上制造的微型机械Terahertz（THZ）检测器，并在室温下运行。该设备基于微米尺寸的U形悬臂，其中两个铝制半波偶极天线被沉积。这会在2 - 3：5 THZ频率范围内延伸的吸收。由于硅和铝的不同热膨胀系数，吸收的辐射会诱导悬臂的变形，悬臂的变形是使用1.5 L M Laser二极管光学地读出的。通过用振幅调制2.5 THz量子级联激光器照明检测器，我们在室温和大气压下获得1：5 10 8 pm W 1的响应性，用于悬臂的基本机械弯曲模式。这产生了20 nw = unigrounforkHz p 2.5 thz的噪声当量功率。最后，该模式的低机械质量因子对大约150 kHz带宽的广泛频率响应，热响应时间为2.5 l s。
亚太赫兹频率范围内大气传播研究和天文学、雷达和电信应用新仪器的开发
摘要：本文讨论了天线、高功率回旋管和低噪声接收机等新型亚太赫兹仪器的最新发展，这些仪器提供了广泛的潜在应用。大气吸收现在已成为此类高性能亚太赫兹系统应用的主要限制因素，而天线的最佳位置选择对于天文、雷达和通信系统至关重要。本文介绍了研究欧亚大陆北部微波天文气候的最新成果。基于这些研究，本文提出了在苏法高原和高加索地区安装新天线的新观点和修正计划，并讨论了基于极高功率回旋管和低噪声超导接收机的新型仪器（如用于定位空间碎片的雷达和用于深空通信的通信枢纽）的可能应用。
超短terahertz电磁脉冲的自旋来源
Terahertz（THz）辐射覆盖了约0.1至30 THz的范围。它在基础研究和未来应用中拥有巨大的希望，1,2，因为THZ频率范围与物质的所有阶段，即等离子体，气体，液体和固体相吻合。3，例如，THZ辐射可以共同引起传导 - 电子传输，等离子体，激子，库珀对，Phonons或镁元。4因此，THZ光谱是研究广泛材料中基本过程的强大工具。thz辐射不仅是一种探针：高振幅THZ来源的发展可以控制物质5-7的集体激发，例如8-11的磁铁中的磁子或驾驶phonons。目前，THZ电场在台式系统中达到1 mV/cm的峰值强度，并且在大规模用户设施（例如自由电子激光器）中超过10 mV/cm。17在激发脉冲激发时，最近观察到了物质的不同阶段（例如，拓扑，磁性和结构）之间的超快切换。8,18–25 THZ激发也可以与其他良好的实验探针（例如角度分辨光发射光谱，26个扫描隧道显微镜，27-29或X射线衍射）结合使用。30,31将THZ光谱与如此强大的
通过结构化太赫兹脉冲控制超快纠缠切换和单重态-三重态跃迁
摘要 提出使用具有空间纹理偏振的太赫兹 (THz) 矢量光束来控制量子点中两个相互作用电子的自旋和空间分布。我们从理论上研究了自旋和电荷电流密度的时空演化，并通过计算并发度量化了纠缠行为。结果表明，这两个方面都可以由驱动场的参数在皮秒 (ps) 时间尺度上有效控制。通过分析两种具有不同电子 g 因子的不同材料 GaAs 和 InGaAs，我们研究了 g 因子与产生有效能级间跃迁所需的自旋轨道耦合类型之间的关系。这些结果对于将量子点应用为量子信息技术中的基本纳米级硬件元素以及根据需要快速产生适当的自旋和电荷电流很有用。
光诱导的近场耦合Terahertz的动态剪裁...
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