专栏：太赫兹成像感知技术 2025(6)
发刊词
随着光子学、半导体技术和人工智能的突破，太赫兹成像与感知技术正迎来前所未有的发展契机——从安全检测到生物医学，从材料科学到 6G 通信，其应用边界不断拓展，为人类认知世界打开了新维度。
本期专栏包含太赫兹成像技术综述、太赫兹干涉成像系统与全息成像系统研发、电缆绝缘层厚度均匀性检测、四次谐波混频器设计、 透明超表面 RCS 缩减技术阐述等热点领域的研究动态。
在此，我们诚挚感谢各位研究者分享真知灼见，也对支持本专栏出版的各位领导、专家致以诚挚的感谢！无论是理论分析、实验探讨，还是产业应用的案例， 均可成为照亮这片“太赫兹无人区”的火炬，让我们共同拓宽太赫兹技术拓展成像感知科学手段的边界。
本期专栏主编：
祁 峰，中国科学院沈阳自动化研究所研究员，博士生导师，所学术委员会委员，辽宁省太赫兹成像感知重点实验室主任，广东省射频超材料重点实验室学术委员会主任，教育部太赫兹技术重点实验室学术委员会委员，中科院光电信息处理重点实验室学术委员会委员，中国生物物理学会太赫兹生物物理学分会委员，《太赫兹科学与电子信息学报》第二届青年编委会委员。研究方向包括微波、激光、雷达、声学。2003 年毕业于浙江大学信息与电子工程系，硕士、博士就读于比利时鲁汶大学，毕业后先后于日本理化学研究所、德国歌德大学、英国伯明翰大学从事太赫兹研究；作为项目负责人先后主持国家重点研发计划、国家自然科学基金等国家级项目多项。
文章列表
2025, 23(6):541-568.
DOI: 10.11805/TKYDA2025015
摘要:
太赫兹成像技术作为一种新兴的成像手段，具有非侵入、无损检测和高分辨力的优势，近年来取得了显著进展。本文从技术路线和研究现状对太赫兹成像技术进行综述分析。根据信号源类型，对比分析了脉冲太赫兹成像与连续波太赫兹成像两种机制的技术特性。在此基础上，重点讨论了具备超分辨成像和高速成像能力的技术方案，分析了它们的发展现状以及在未来太赫兹成像场景中的优势。最后总结展望了面向应用的太赫兹成像技术挑战。
太赫兹成像技术作为一种新兴的成像手段，具有非侵入、无损检测和高分辨力的优势，近年来取得了显著进展。本文从技术路线和研究现状对太赫兹成像技术进行综述分析。根据信号源类型，对比分析了脉冲太赫兹成像与连续波太赫兹成像两种机制的技术特性。在此基础上，重点讨论了具备超分辨成像和高速成像能力的技术方案，分析了它们的发展现状以及在未来太赫兹成像场景中的优势。最后总结展望了面向应用的太赫兹成像技术挑战。
2025, 23(6):569-576.
DOI: 10.11805/TKYDA2024594
摘要:
干涉成像技术可在非接触条件下精准测量物体表面的微小形变或位移，展现出广泛的应用潜力。本文设计并构建了一种基于太赫兹频段的反射和透射干涉系统，该系统通过扫描后直接利用相位信息重塑图像。实验显示，在164 GHz、172 GHz、196 GHz和204 GHz频段，迈克尔逊干涉系统的成像质量和分辨力均优于直接测量法；在150 GHz下，未使用成像算法即可达到半波长分辨力，对比度相较直接测量提升50%；在180 GHz频段实现了马赫-曾德尔干涉系统，双光路差分有效降低了相位噪声，证明了该系统的可行性和优势。太赫兹干涉技术为成像领域提供了非接触式的高分辨力成像解决方案。
干涉成像技术可在非接触条件下精准测量物体表面的微小形变或位移，展现出广泛的应用潜力。本文设计并构建了一种基于太赫兹频段的反射和透射干涉系统，该系统通过扫描后直接利用相位信息重塑图像。实验显示，在164 GHz、172 GHz、196 GHz和204 GHz频段，迈克尔逊干涉系统的成像质量和分辨力均优于直接测量法；在150 GHz下，未使用成像算法即可达到半波长分辨力，对比度相较直接测量提升50%；在180 GHz频段实现了马赫-曾德尔干涉系统，双光路差分有效降低了相位噪声，证明了该系统的可行性和优势。太赫兹干涉技术为成像领域提供了非接触式的高分辨力成像解决方案。
2025, 23(6):577-582.
DOI: 10.11805/TKYDA2024370
摘要:
介绍了一款基于反向并联肖特基二极管对的太赫兹四次谐波混频器，其射频工作频率范围为400~600 GHz。该混频器在射频(RF)端采用多点接地设计，相比于传统的单点接地方式有效降低了射频端口的回波损耗；提出射频端一体化的设计方法，相比于传统设计方法，减少了设计过程中30%的匹配枝节数量，提高了设计效率。实测结果表明，本地振荡器(LO)功率在7~13 dBm范围内时，混频器在整个工作频带内变频损耗的典型值为20 dB，最优值为14 dB。
介绍了一款基于反向并联肖特基二极管对的太赫兹四次谐波混频器，其射频工作频率范围为400~600 GHz。该混频器在射频(RF)端采用多点接地设计，相比于传统的单点接地方式有效降低了射频端口的回波损耗；提出射频端一体化的设计方法，相比于传统设计方法，减少了设计过程中30%的匹配枝节数量，提高了设计效率。实测结果表明，本地振荡器(LO)功率在7~13 dBm范围内时，混频器在整个工作频带内变频损耗的典型值为20 dB，最优值为14 dB。
2025, 23(6):583-589.
DOI: 10.11805/TKYDA2024558
摘要:
高压电缆绝缘层质量对于电力输变电系统的长期可靠性至关重要。绝缘层厚度分布不均匀性导致的局部切向电场容易形成安全隐患。本文利用反射式太赫兹检测系统，结合柱坐标扫描装置，实现了交联聚乙烯高压电缆绝缘层厚度全角度扫描测量，量化了绝缘层厚度不圆度并评估其分布均匀性。通过太赫兹图像直观显示绝缘层的界面褶皱纹理特征，与实际试件形貌高度吻合，验证了太赫兹成像技术在高压电缆质量检测中的有效性，为高压电缆的质量评价提供了新的检测手段和评估方法。
高压电缆绝缘层质量对于电力输变电系统的长期可靠性至关重要。绝缘层厚度分布不均匀性导致的局部切向电场容易形成安全隐患。本文利用反射式太赫兹检测系统，结合柱坐标扫描装置，实现了交联聚乙烯高压电缆绝缘层厚度全角度扫描测量，量化了绝缘层厚度不圆度并评估其分布均匀性。通过太赫兹图像直观显示绝缘层的界面褶皱纹理特征，与实际试件形貌高度吻合，验证了太赫兹成像技术在高压电缆质量检测中的有效性，为高压电缆的质量评价提供了新的检测手段和评估方法。
2025, 23(6):590-596.
DOI: 10.11805/TKYDA2025079
摘要:
基于相位成像的毫米波全息成像系统凭借其优异的穿透特性和高分辨力优势，已广泛用于人体安检及无损检测等领域。突破现有分辨力极限向更高频段扩展已成为技术发展趋势，但高频段成像面临密集收发单元排布与高系统复杂度的双重挑战。本文提出一种基于线阵扫描的W波段近距离高分辨力毫米波全息成像系统，通过25发100收的阵列架构和集成电子学链路设计，成功实现了85~105 GHz工作频段的近距离高质量成像。实验结果表明，该系统在0.5 m成像距离下，水平与竖直方向分别实现了优于2 mm和2.5 mm的空间分辨成像。
基于相位成像的毫米波全息成像系统凭借其优异的穿透特性和高分辨力优势，已广泛用于人体安检及无损检测等领域。突破现有分辨力极限向更高频段扩展已成为技术发展趋势，但高频段成像面临密集收发单元排布与高系统复杂度的双重挑战。本文提出一种基于线阵扫描的W波段近距离高分辨力毫米波全息成像系统，通过25发100收的阵列架构和集成电子学链路设计，成功实现了85~105 GHz工作频段的近距离高质量成像。实验结果表明，该系统在0.5 m成像距离下，水平与竖直方向分别实现了优于2 mm和2.5 mm的空间分辨成像。
2025, 23(6):597-603.
DOI: 10.11805/TKYDA2023324
摘要:
针对光学仪器窗口的低电磁散射需求，基于Voronoi图的金属微结构模型，采用棋盘式阵列排布超表面结构，在满足仪器窗口透明度和成像质量需求的同时，实现了雷达散射截面(RCS)的有效缩减。实验表明，未透明化处理的棋盘结构超表面在11.6~17.9 GHz频段内可实现超过10 dB的RCS缩减，透明化处理前后的超表面单元相位响应保持一致。所设计的透明化RCS缩减超表面具有较高的透光率，可均匀衍射杂散光分布，且具备宽频带RCS缩减的特性。研究结果为低RCS透明窗口设计提供了新的思路。
针对光学仪器窗口的低电磁散射需求，基于Voronoi图的金属微结构模型，采用棋盘式阵列排布超表面结构，在满足仪器窗口透明度和成像质量需求的同时，实现了雷达散射截面(RCS)的有效缩减。实验表明，未透明化处理的棋盘结构超表面在11.6~17.9 GHz频段内可实现超过10 dB的RCS缩减，透明化处理前后的超表面单元相位响应保持一致。所设计的透明化RCS缩减超表面具有较高的透光率，可均匀衍射杂散光分布，且具备宽频带RCS缩减的特性。研究结果为低RCS透明窗口设计提供了新的思路。
