专栏:太赫兹物理、器件及应用 2026(5)

发刊词

《太赫兹物理、器件及应用》专辑内容紧扣热点, 贯通“物理机理-核心器件-系统应用”全创新链条,聚焦光电融合智能通信感知、机器学习赋能超表面调控、室温高灵敏探测新机制及宽带低损耗波导慢波结构等方向,既为太赫兹信息技术体系构建提供理论基础,也紧密对接高速通信、 电磁隐身与智能感知等重大需求。衷心感谢关心与支持本专辑创办的领域专家和学术同仁,并对所有投稿作者的贡献致以由衷敬意。期待本专辑激发持续的思想交锋,汇聚跨学科共识,推动基础研究与工程应用的深度融合,助力我国太赫兹科技迈向国际前沿。愿我们携手同行,为构筑自主可控的太赫兹技术体系与产业生态贡献强劲科技动能。

【专栏主编简介】

邓贤进,男,中国工程物理研究院微系统与太赫兹研究中心研究员,博士生导师,享受国务院政府特殊津贴,中国通信学会太赫兹通信委员会委员、中国宇航学会空间激光与太赫兹专业委员会委员、中国宇航学会空间电子学专业委员会委员,《太赫兹科学与电子信息学报》第六届编委会委员。主要从事太赫兹科学技术和电子学系统研究。近年来,作为技术总体或项目负责人,承担了多项国家项目,申请或授权专利 50 余项,在国内外核心期刊上发表论文 100 余篇。

文章列表

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  • 1  光电融合智能太赫兹通信与感知
    董博宇,刘胤君,李雅萱,陈亮涛,袁玉琴,韩清钰,平佃元,贾俊连,施剑阳,迟楠,张俊文
    2026, 24(5):521-542. DOI: 10.11805/TKYDA2025319
    [摘要](208) [HTML](198) [PDF 82.29 K](63)
    摘要:
    太赫兹频段凭借丰富的频谱资源,成为支撑未来超高速通信的关键。本文围绕光电融合太赫兹技术,在体系架构、信号处理和关键器件等方面开展了系统研究。通过多维复用与全光子上下变频技术,实现了大容量光纤-无线融合接入;结合端到端智能均衡和光子感知信号处理方法,进一步推动“通信-感知-智能”的融合;此外,通过对关键光电器件的设计优化,验证了该类器件在太赫兹通信场景中的应用潜力;最后,针对空天地一体化场景,开展了长距离、大容量、高可靠的无线传输实验验证,展示了光电融合技术在复杂场景中的适应性和可扩展性。研究结果表明,光电融合太赫兹技术可充分释放高频宽带潜力,为构建高容量、多功能、全覆盖的下一代通信网络提供核心支撑和技术路径。
    2  基于液相的太赫兹波产生与探测研究进展
    马业,吕治辉,孟从森,王小伟,张栋文,赵增秀
    2026, 24(5):543-553. DOI: 10.11805/TKYDA2025369
    [摘要](159) [HTML](129) [PDF 60.93 K](43)
    摘要:
    为解决传统固体和气体太赫兹源与探测器存在的带宽受限、易受材料损伤以及光-太赫兹转换效率低等瓶颈问题,本文系统综述了近年来利用飞秒激光激发液态水及其他液相介质产生与探测太赫兹(THz)波的最新研究进展。重点剖析了液相受激产生太赫兹波的物理机制,对比了水膜与水线两种宏观流体几何构型的辐射特性。研究表明,在相同泵浦能量(如0.4 mJ)与聚焦条件下,水线方案产生的太赫兹电场强度比空气等离子体高出近100倍。同时,本文详细论述了基于四波混频的液体宽带相干探测方案,该方案削弱了晶格声子吸收限制,实现了超宽带(>18 THz)及高灵敏度(比气体探测高1~2个数量级)的太赫兹波探测。液相太赫兹光子学凭借无材料永久损伤阈值和宽频带特性,为突破“太赫兹鸿沟”提供了新路径。尽管目前系统复杂度较高,但液相太赫兹技术未来在近距离高分辨率太赫兹雷达成像、超宽带光谱传感以及强场非线性光学等领域具有广阔的潜在应用前景。
    3  F波段低损耗宽带波导气密结构
    龚自垚,李若雪,张筱健,蒋均,何月,刘戈,聂荣怀,邓贤进
    2026, 24(5):554-560. DOI: 10.11805/TKYDA2025383
    [摘要](116) [HTML](116) [PDF 28.73 K](47)
    摘要:
    随着毫米波通信与雷达技术的发展,高频电子系统对组件的气密封装提出了严苛要求,但传统气密过渡结构往往难以同时兼顾低损耗与宽带宽性能。为此,本文设计并验证了一种基于H面微带波导探针的高性能气密电路结构。该结构采用石英基板全覆盖波导口进行焊接密封,并利用中心对称的微带线拓扑电路实现波导至微带的高效转换。仿真分析表明,在101~122 GHz频带内,该结构插入损耗小于0.183 dB,回波损耗大于20 dB。实测结果显示,在105~121 GHz带宽内,插入损耗低于1.02 dB,回波损耗优于20 dB;氦气泄漏率低于6.6×10-10 Pa?m3/s。结果证明,该设计不仅实现优异的气密性和低损耗特性,还具备结构紧凑、端口长度配置灵活以及工艺操作简单等优点,非常适合实际工程应用。
    4  基于机器学习赋能的太赫兹超表面设计与应用
    黄欣宇,陈本纹,吴敬波,范克彬,张彩虹,金飚兵,陈健,吴培亨
    2026, 24(5):561-573. DOI: 10.11805/TKYDA2025038
    [摘要](159) [HTML](228) [PDF 59.60 K](42)
    摘要:
    近年来,太赫兹超表面与机器学习技术的结合为该领域的发展注入了新的活力。凭借高效的迭代速率与多样化的网络架构,机器学习一方面被广泛用于太赫兹超表面全波数值模拟的代理模型和智能设计;另一方面,太赫兹超表面为光计算提供了以光速执行的计算平台。本文聚焦于机器学习在太赫兹频段超表面的应用,首先阐述了基于深度神经网络与生成式对抗网络的设计框架及其原理,揭示多维参数优化机制;之后以全光衍射深度神经网络为例,介绍超表面执行机器学习算法的物理机制以及衍生应用;最后展望了机器学习与太赫兹超表面结合方式的发展趋势与应用前景。
    5  面向截止频率提升的GaAs SBD器件仿真设计
    林耕鑫,陈麒宇,康凌风,邓泽佳,陈健中,曾建平
    2026, 24(5):574-579. DOI: 10.11805/TKYDA2024606
    [摘要](120) [HTML](113) [PDF 24.48 K](33)
    摘要:
    围绕提升GaAs SBD器件的动态截止频率(fcd)这一关键参数,分别开展了掺杂浓度和有源层厚度对fcd影响的量化研究,解析了不同N-GaAs掺杂浓度和层厚度下器件的电容、电阻和fcd特性。研究表明:掺杂浓度(固定有源层厚度)和有源层厚度(固定掺杂浓度)均会引起fcd的先升高后降低现象,这一变化规律主要受电容调制比(Cratio)的影响。本文通过对fcd的量化讨论,揭示了串联电阻和结电容两个常规因数外,Cratio对fcd关键影响,并给出了4种实现高fcd的结构参数设计优值,为后续器件设计提供了理论基础和指导。
    6  基于碲纳米线光热电效应的室温高灵敏太赫兹探测器
    白净,李思佳,陈猛,郑照强,曹阳,王迎新
    2026, 24(5):587-594. DOI: 10.11805/TKYDA2025032
    [摘要](128) [HTML](128) [PDF 41.28 K](37)
    摘要:
    高灵敏度的室温探测器,是推动太赫兹技术广泛应用的核心器件。本文研制了一种基于光热电效应的室温太赫兹探测器,采用碲(Te)纳米线作为沟道材料,通过倾角蒸镀技术,制备出长度为百纳米以下的探测沟道,并利用非对称金属掺杂,使Te纳米线两端具有非对称热电特性。实验结果表明,该型器件在0.288 THz光照下,平均响应度达54.63 V/W,噪声等效功率为33.5 pW/Hz1/2,响应时间为71.1 μs,实现了室温下的高灵敏、快速太赫兹探测。
    7  G波段改进型折叠波导慢波结构S参数特性研究
    孙然,边兴旺,杨金生,潘攀
    2026, 24(5):595-602. DOI: 10.11805/TKYDA2025052
    [摘要](116) [HTML](115) [PDF 32.39 K](40)
    摘要:
    针对G波段改进型折叠波导慢波结构,采用两种理论模型计算其等效电导率,并分析了相应的损耗特性。系统研究了加工误差与焊接工艺误差对G波段改进型折叠波导慢波结构S参数的影响,包括折叠波导深度差、侧壁垂直度、两半慢波结构焊接错位以及电子注偏移。结果表明:折叠波导槽深度每增加1 μm,截止频率降低约0.24 GHz;侧壁垂直度变大会使电路匹配和传输性能变差,侧壁垂直度θ每增加1°,截止频率升高约4.1 GHz;焊接错位影响不显著;电子注通道偏移会在3π相移处引入明显止带,偏移量δ每增加1 μm,尖峰的半高宽增大0.34 GHz。加工并测试了G波段改进型折叠波导慢波结构试验件,与仿真结果对比得到改进型折叠波导慢波结构S参数特性。通过损耗特性和衰减系数对两种等效电导率的理论模型进行对比,结果表明Hammerstad模型更适用于G波段等效电导率计算。
    8  基于High-K电介质的低高频优值4H-SiC MOSFET设计
    陈家兴,李俊焘,张林
    2026, 24(5):603-610. DOI: 10.11805/TKYDA2025026
    [摘要](86) [HTML](167) [PDF 26.62 K](33)
    摘要:
    如何减小高频优值(HF-FOM)是碳化硅金属氧化物场效应晶体管(SiC MOSFET)的研究热点之一。本文通过理论推导并结合计算机辅助设计仿真技术(TCAD),在分析场板隔离介质材料对器件的影响规律后,提出一种具有连接源极场板和High-K场板隔离介质的分裂栅MOSFET结构(HK-MOSFET)。与采用氧化硅作为场板介质的HK-MOSFET(SiO2)和传统分裂栅金属氧化半导体场效应管(SG-MOSFET)相比,采用氧化铪作为场板介质的HK-MOSFET(HfO2)的栅漏电容(CGD)分别减小了34.0%和71.7%,栅漏电荷(QGD)分别减小了24.5%和58.9%;其(HF-FOM)1(CGD×Ronsp)和(HF-FOM)2(QGD×Ronsp)较SG-MOSFET分别降低了71.4%和60.1%。表明采用High-K电介质是设计快速开关SiC MOSFET器件的一种有效手段。
    9  瑞利-琼斯近似在太赫兹波段的适用性探讨
    苏金龙,李升然,李进春
    2026, 24(5):611-623. DOI: 10.11805/TKYDA2025353
    [摘要](86) [HTML](109) [PDF 17.87 K](35)
    摘要:
    针对瑞利-琼斯近似在毫米波高频段及太赫兹波段应用时存在的误差问题,本文从理论上分析了近似误差的传递规律,推导了二阶线性近似公式。计算结果表明:二阶近似在毫米波及太赫兹波段具有更小的近似偏差,在2 THz以下的频段误差小于1%,相较瑞利琼斯近似准确度提升1~2个数量级。对多个典型场景的分析表明,从亮温观测角度看,两种近似结果等价,但能量贡献占比存在本质差异,尤其在低发射率(<0.3)和低温(<100 K)条件下,瑞利-琼斯近似误差明显。研究结果可为太赫兹波段辐射计算模型、辐射计定标及目标与环境辐射特性等方面研究提供参考。
    10  太赫兹波段超构透镜变焦功能的研究
    张晓冬,朱雪,吴鑫鹏,刘若涵,孔德鹏,姜利英
    2026, 24(5):624-634. DOI: 10.11805/TKYDA2025042
    [摘要](113) [HTML](118) [PDF 40.22 K](35)
    摘要:
    基于相位传输理论,设计了一个工作在太赫兹波段的透射型超构透镜,通过设计十字型椭圆柱超构单元实现对电磁波波前的调控。该设计使用环烯烃聚合物材料为衬底,硅为介质材料。超构透镜的半径为11 mm,入射波长为0.75 mm,数值孔径为0.69,聚焦效率为51.4%。基于此设计,超构透镜在环境折射率为1~1.6、入射波长为0.7~0.8 mm情况下,与焦距分别呈现正比和反比关系,因此可随外界环境以及入射波长的变化实现变焦功能。
    11  介质材料表面镀膜工艺在金刚石窗上的应用
    武子昂,刘本田,陈波,刘吉祥,刘振英
    2026, 24(5):635-640. DOI: 10.11805/TKYDA2025182
    [摘要](103) [HTML](103) [PDF 19.17 K](28)
    摘要:
    以单晶硅片为模拟基底,探究钛(Ti)、钼(Mo)、镍(Ni)的等离子溅射沉积特性。实验发现:Ti、Mo、Ni的沉积速率分别为7~14 nm/min、9~21 nm/min、8~16 nm/min;扫描电子显微镜(SEM)显示其表面颗粒尺寸分别为10~20 nm、50~200 nm、15~30 nm,其中钼层呈现有序排列,Ni层存在团聚现象;基片光面朝向会影响沉积速率:朝上时,沉积速率分别为9 nm/min、 10 nm/min、7 nm/min;朝下时,则分别为15 nm/min、18 nm/min、14nm/min;优化靶材-样品间距可提升溅射速率,但需同步优化靶材维护。基于硅片实验结果,成功在金刚石基体实现Ti/Mo/Ni复合镀层的高效沉积,完成了金刚石窗片的金属化与真空封接,为工程化应用提供了可靠的技术支撑。

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