内容简介
本书从应用与技术发展的角度着手，有机地将基础前沿、经典理论、设计方法和应用方案组织在一起，内容翔实，脉络清晰，体系完整。不但阐述了经典的电子学光子学太赫兹技术中的关键知识，而且重点介绍了新颖、前沿的光电融合太赫兹技术，并进一步地阐述了太赫兹在通信以及空间场景中的应用及关键问题。
本书贯通理论与实际，兼具经典性和新颖性，对从事太赫兹科学技术工作的研究人员具有非常重要的参考价值，另外可供相关专业高校师生借鉴。
目录
薄透镜几何结构优化
2.5 复眼天线阵列
2.5.1 亚毫米波波段的硅基深反应离子刻蚀加工工艺
2.5.2 加工的天线示例
练习题
参考文献
第 3 章 1550nm 激光驱动的光电导太赫兹源
3.1 引言
3.1.1 光电导太赫兹源概述
3.1.2 激光与光纤技术
3.2 1550nm 光电导太赫兹源
3.2.1 外延材料
3.2.2 器件类型和工作模式
3.2.3 光电导太赫兹源分析
3.2.4 实际问题
3.3 太赫兹计量学
3.3.1 功率测量
3.3.2 频率计量学
3.4 太赫兹天线耦合
3.4.1 基本原理
3.4.2 介质基板上的平面天线
3.4.3 功率耦合系数的估计
3.4.4 典型的太赫兹平面天线
3.5 1550nm 光电导太赫兹源的研究现状
3.5.1 1550nmMSM 光电导开关
3.5.2 1550nm 光电二极管（光混频器）连续波源
3.6 可供选择的 1550nm 太赫兹光电导源
3.6.1 Fe 掺杂的 InGaAs
3.6.2 砷化镓中的 ErAs 纳米颗粒：非本征光电导性
3.7 系统应用
3.7.1 脉冲和连续波太赫兹系统的比较
3.7.2 无线通信系统
3.7.3 太赫兹光光谱学
练习题
参考文献
第 4 章 太赫兹光混频器
4.1 引言
4.2 光混频器基础
4.2.1 光混频器原理
4.2.2 历史背景
4.3 模型化太赫兹光混频器
4.3.1 光电导体
4.3.2 光电二极管
4.3.3 利用光混频器进行频率下转换
4.4 标准光混频器件
4.4.1 平面光电导体
4.4.2 UTC 光电二极管
4.5 基于光学腔的光混频器
4.5.1 LT-GaAs 光电导体
4.5.2 UTC 光电二极管
4.6 太赫兹天线
4.6.1 平面天线
4.6.2 微机械天线
4.7 光混频器件表征
4.7.1 晶圆表征
4.7.2 自由空间表征
练习题
参考文献
第 5 章 等离激元增强的光电导太赫兹器件
5.1 引言
5.2 光电导天线
5.2.1 用于太赫兹工作的光电导体
5.2.2 光电导太赫兹发射器
5.2.3 光电导太赫兹探测器
5.2.4 用于光电导太赫兹器件的常用光电导体和天线
5.3 等离激元增强的光电导天线
5.3.1 等离激元基础知识
5.3.2 提高光电导太赫兹器件性能的等离激元
5.3.3 最先进的等离激元增强光电导太赫兹器件
5.4 总结与展望
练习题
参考文献
第 6 章 太赫兹量子级联激光器
6.1 引言
6.2 子带跃迁的基本原理
6.3 有源层材料设计
6.4 光波导和光腔
6.5 最新性能与局限性
6.6 新材料体系
6.6.1 Ⅲ 族氮化物量子阱
6.6.2 SiGe 材料量子阱
6.7 小结
练习题
参考文献
第 7 章 基于二维层状材料的先进器件
7.1 石墨烯基太赫兹器件
7.1.1 石墨烯的太赫兹特性
7.1.2 如何对石墨烯进行建模仿真
7.1.3 石墨烯的太赫兹器件应用
7.2 基于 TMD 的太赫兹器件
7.3 应用
练习题
参考文献
第 8 章 太赫兹等离子体场效应晶体管探测器
8.1 引言
8.2 场效应晶体管和太赫兹等离子体振荡
8.2.1 场效应晶体管中等离子体波的色散
8.2.2 基于 FET 的太赫兹探测
8.3 基于硅场效应晶体管的太赫兹探测器
8.4 石墨烯等离子体场效应晶体管太赫兹探测器
8.5 黑磷纳米晶体管太赫兹探测器
8.6 金刚石等离子体太赫兹探测器
8.7 小结
练习题
参考文献
第 9 章 基于二极管倍频的信号生成技术
9.1 引言
9.2 用太赫兹倍频器弥合微波与光波的间隙
9.3 一种倍频器的实用设计方法
9.3.1 倍频器与梳状发生器
9.3.2 倍频器在理想的匹配网络和理想设备中的性能表现
9.3.3 器件级对称性与电路级对称性
9.3.4 传统的平衡二倍频器
9.3.5 基于反向并联二极管对的平衡三倍频器
9.3.6 虚拟环路布局中的多管芯三倍频器
9.3.7 倍频器设计优化
9.4 基于二极管的太赫兹倍频器技术
9.4.1 从点接触二极管到平面分立二极管
9.4.2 太赫兹频率下的部分单片集成倍频器
9.4.3 太赫兹空间天文台外差设备中的太赫兹本振
9.4.4 首个 2.7THz 室温输出功率超过 10μW 的倍频链路
9.4.5 未来 4.75THz 本振的 1.6THz 高功率倍频源
9.5 亚毫米波波段的功率合成
9.5.1 同相功率合成
9.5.2 通道内功率合成
9.5.3 改进的片上功率合成技术
9.6 总结与展望
练习题
参考文献
第 10 章 GaN 倍频器
10.1 简介
10.1.1 倍频器
10.1.2 氮化物的材料特性
10.1.3 动机和挑战
10.2 GaN 肖特基二极管设计的理论基础
10.2.1 解析方程分析方法
10.2.2 数值仿真分析
10.2.3 本节小结
10.3 GaN 肖特基二极管制备工艺
10.3.1 制造步骤
10.3.2 蚀刻
10.3.3 金属化
10.3.4 桥接互联
10.3.5 GaN 肖特基二极管制作工艺总结
10.4 GaN 肖特基二极管的小信号高频特性
10.4.1 电流 - 电压特性
10.4.2 小信号表征和等效电路建模
10.4.3 结果
10.4.4 本节小结
10.5 大信号片上表征
10.5.1 表征方法
10.5.2 GaN 肖特基二极管大信号测量
10.5.3 LSNA 谐波负载牵引
10.5.4 本节小结
10.6 GaN 二极管实现及信号产生
10.6.1 GaN 肖特基二极管的大信号建模
10.6.2 倍频器
10.7 倍频器最佳性能的考虑
练习题
参考文献
第 11 章 太赫兹共振隧穿器件
11.1 引言
11.2 共振隧穿二极管振荡器原理
11.2.1 共振隧穿二极管的基本工作原理
11.2.2 振荡原理
11.2.3 电子延迟时间的影响
11.3 制备的共振隧穿二极管振荡器的结构与振荡特性
11.3.1 共振隧穿二极管振荡器的实际结构
11.3.2 高频振荡
11.3.3 高输出功率振荡
11.4 振荡频谱和频率的控制
11.4.1 振荡频谱与锁相环
11.4.2 频率可调谐振荡器
11.5 针对性应用
11.5.1 高速无线通信
11.5.2 光谱学
11.5.3 其他应用及预期未来发展
练习题
参考文献
第 12 章 太赫兹无线通信
12.1 引言
12.2 电信行业迈向太赫兹频段的发展变迁
12.2.1 发展历程
12.2.2 传输速率的演进
12.2.3 太赫兹波的传播与优劣
12.2.4 电磁频谱
12.2.5 潜在应用场景
12.2.6 自由空间光学与太赫兹技术的对比
12.3 太赫兹技术：太赫兹源、接收机和传输系统的基本架构
12.3.1 太赫兹源
12.3.2 太赫兹接收机
12.3.3 太赫兹传输系统的基本架构
12.4 太赫兹 CMOS 器件 / 功能示例
12.4.1 太赫兹光混频技术
12.4.2 基于光混频的太赫兹信号调制
12.4.3 太赫兹信号调制的其他技术
12.4.4 集成、互联和天线
12.5 太赫兹链路
12.5.1 太赫兹通信链路的调制技术和关键指标
12.5.2 太赫兹通信的最新进展
12.6 面向太赫兹频段 100G 链路的标准化进程
12.7 总结与展望
12.8 缩略语
练习题
参考文献
第 13 章 太赫兹技术应用：从器件到空间系统
13.1 引言
13.1.1 为什么太赫兹技术对空间科学如此重要
13.1.2 太赫兹光谱学的基本原理
13.1.3 用于太空探索的太赫兹技术
13.2 太赫兹外差接收机
13.2.1 太赫兹本地振荡器
13.2.2 太赫兹混频器
13.3 太赫兹空间应用
13.3.1 行星科学：小型化应用案例
13.3.2 天体物理学：太赫兹接收机阵列的应用案例
13.3.3 地球科学：有源太赫兹系统的应用案例
13.4 总结与展望
致谢
练习题
参考文献
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前言/序言
译者序
太赫兹（THz）频段位于 0.1～10THz，是目前电磁频谱中最后一块未被充分利用的频段，在诸多领域具有独特的优势和广阔的应用前景。例如，太赫兹无线通信是实现空间大容量信息传输、独享代（6G）移动通信的重要途径；太赫兹已被划分多个太赫兹频段供通信使用；太赫兹雷达是空间态势感知的重要手段，带宽大、分辨率高、目标特征信息丰富；太赫兹光能有效识别生物化学试剂与病毒；太赫兹波可以对人类大脑活动及结构进行解读与干预；太赫兹成像在公共安全、无损检测等方面可以发挥重要作用…… 正因如此，太赫兹技术成为世界各国竞相发展的战略性技术，我国也在紧密锣鼓地对该技术进行布局和发展，近年取得了令人惊喜的进展。
目前，太赫兹波的产生、调控、检测等主要有电子学和光子学两种方式。前者在高频段、大带宽、低相噪等方面存在原理上的限制，而后者在功率、效率、集成化等方面遇到了困难。因此，科学家一直在寻找新的解决方案。随着电磁技术的发展，光和电的技术在相互不断地渗透，而太赫兹正好跨越毫米波和远红外线两个电子与光子的波段，体现出光电融合的发展趋势，因此近年来逐步发展形成了光电融合太赫兹技术途径，可实现极高速率通信、极高分辨率探测并且具备极高抗干扰抗截获能力，展示了强大的发展潜力，成为电子和光子太赫兹两条路线以外的又一条新型交叉技术途径。
本书著者迪米特里斯？帕夫利迪斯（Dimitris Pavlidis）教授曾在密歇根大学工作，目前是佛罗里达国际大学教授。他是密歇根大学美国航空航天局（NASA）太赫兹中心的创始人，曾获法国教育部颁发的 “Palmes Académiques” 骑士勋章和 IEEE/MTT - S 的杰出教育家奖，也是电气与电子工程师协会（IEEE）终身会员。更值得一提的是，迪米特里斯？帕夫利迪斯教授是美国国防高级研究计划局（DARPA）和美国航空航天局（NASA）多个重大研究计划的项目负责人或经理人，也是光电融合太赫兹技术的发起人和倡导人之一。他邀请了近 20 位来自美国喷气推进实验室、波士顿大学、加利福尼亚大学、加州理工学院、佛罗里达国际大学、莱特州立大学、荷兰代尔夫特理工大学、法国里尔大学、法国国家科学研究中心（CNRS）、德国柏林科技大学、德国弗劳恩霍夫研究所、皇家马德里大学、日本大阪大学、日本东京工业大学等从事太赫兹技术研究的专家学者撰写本书，本书不但介绍了经典的电子学、光子学太赫兹技术中的关键知识，而且重点介绍了新颖、前沿的光电融合太赫兹技术，这也是本书和其他书籍相比的独到之处，其所涉及的新材料、新理论、新器件、新架构等在本书都有详细的介绍，具有非常高的学术技术水平和应用参考价值。
太赫兹器件与应用
本书兼具经典性和新颖性，逻辑清晰，内容丰富，其特点可概述为：①学术新颖、理论前沿：以经典太赫兹知识为基础，着重介绍了当前最新的光电融合太赫兹技术的关键知识，包括如何利用光电融合技术产生、调控、检测太赫兹波等，这是其他国内外太赫兹书籍鲜未重点涉及的内容；②架构完善、系统全面：全书共 13 章，对光电融合太赫兹技术中的核心材料、器件等做了非常详细、深入的介绍，而且兼顾了光电融合太赫兹技术中的新工艺、新材料，有助于读者迅速掌握这一全新技术路线的内涵、优势和发展趋势；③需求牵引、应用导向：本书的每章都结合实际的科研经验给出了实例，特别是最后两章由来自日本电报电话公司及美国喷气推进实验室的科学家重点阐述了太赫兹的两大重要应用：太赫兹无线通信技术以及太赫兹空间技术。本书贯通理论与实际，每章都从基本物理原理出发，逐步深入至器件工作原理，进而描述各类器件的最新前沿进展，最后提供来自项目或实践的案例，能够形成体系、相对独立地帮助读者理解和巩固所阅读的内容，举一反三。
本书第 1、第 6、第 7、第 11 章由李沫翻译，第 4、第 5、第 8 章由陈飞良翻译，第 2、第 9 章由吴昊翻译，第 12、第 13 章由杨帆翻译，第 10 章由刘洋翻译，第 3 章由陈飞良、杨帆共同翻译，全文由张键审校。由于译者水平有限，书中难免存在不足和疏漏之处，望读者批评指正。最后，衷心感谢国防工业出版社的大力支持。
译者2024 年 3 月 15 日
