太赫兹大气传输特性实验研究

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宽频段太赫兹大气传输特性的理论与实验研究

摘要太赫兹波在电磁波谱中位于微波和红外波之间，具有瞬态性、宽带性、低能量性、透射性等优点，在分子光谱、生物医学、空间通信、大气遥感和雷达探测等领域有广阔的应用前景。

太赫兹波在大气中的传输特性是太赫兹波空间应用的基础，研究不同温度、湿度、大气压强和海拔高度等条件下太赫兹波的大气衰减系数，找到透过率窗口的位置和宽度对于促进该频段在空间中的应用具有重要意义。

本文的研究内容可以归纳如下：1、介绍了太赫兹波的空间应用以及研究太赫兹波大气传输特性的重要性，并综述了太赫兹波大气传输特性的国内外发展历史和研究现状。

2、根据HITRAN数据库中的光谱参数，用逐线计算方法计算了水蒸气和氧气的谱线吸收，用MT_CKD模型计算了水蒸气的连续吸收。

考虑到气温、气压和相对湿度对吸收系数的影响，比较了0~8 THz 的太赫兹波的吸收系数随这三个因素的变化，并给出了大气窗口的频率。

通过对不同海拔高度的吸收系数进行计算，分析了高频太赫兹波在高空尤其是平流层中远距离传输的可行性。

3、根据米氏散射理论对气溶胶粒子的散射特性参数进行计算，以此为基础在高能见度天气中计算太赫兹波的单次散射衰减，在低能见度天气中用蒙特卡罗法解决多次散射问题。

并且分析了我国海雾和内陆雾以及塔克拉玛干沙漠和毛乌素沙漠中太赫兹波的衰减、散射、透过率情况。

4、在实验室环境下用远红外傅里叶光谱仪（FTIR）搭建了太赫兹波大气传输特性实验平台，测量了不同压强和湿度条件下0.5 THz~7.5 THz 频段的太赫兹波传输2.3 m的透过率，用比尔-朗伯定律反推大气吸收系数，实验结果与理论计算结果吻合得很好。

关键词：太赫兹波，吸收系数，蒙特卡罗法，FTIRABSTRACTTerahertz (THz) spectral range which falls between microwave and infrared, has many advantages, such as transient, broadband, low photon energy and transmission. And THz wave can be widely applied in spectroscopy, biomedical science, free-space based communication, remote sensing, radar and so on. The transmission characteristics of THz wave is the basis of THz free-space applications. To research THz atmospheric attenuation coefficients under different conditions (e.g. temperature, relative humidity, pressure, altitude etc ) and to find the locations and widths of atmospheric transmission windows will be important for THz free-space applications.The main contents of this dissertation are as follows:1. THz free-space applications, and the importance of research on terahertz atmospheric transmission characteristics are introduced. The development and present developing status of this problem are also summarized.2. Line absorption of water vapor and oxygen is calculated based on line-by-line calculations and the spectral parameters in HITRAN database. And water vapor continuum absorption is calculated based on MT_CKD model. Considering temperature, pressure and relative humidity, broadband THz atmospheric transmission characteristics from 0 to 8 THz is theoretically simulated. Atmospheric transmission windows in this range are also given. Based on absorption coefficients in different altitudes, the high frequency atmospheric windows are evaluated and the feasibility for long-range applications is estimated.3. The scattering characteristics of air aerosol are calculated based on Mie theory. According to these results, terahertz attenuation characteristics are studied for single scattering of particles in high-visibility environment and multiple scattering in low-visibility environment using Monte-Carlo method. Terahertz attenuation coefficients, scattering characteristics and transmittance are analyzed in real environment including sea fog, inland fog, Taklimakan Desert and Mu Us Desert.4. An experimental system is built based on a Fourier transform infrared spectrometer (FTIR) in laboratory. Considering the influence of water concentrationand pressure, the terahertz transmission is measured from 0.5~7.5 THz with 2.3-m path length. The absorption coefficients are calculated according to Beer-Lambert Law, which are consistent with calculation results.KEY WORDS：THz Wave, Absorption Coefficients, Monte-Carlo, FTIR目录摘要 (I)ABSTRACT ................................................................................................................. I I 第1章绪论 .. (1)1.1 太赫兹波简介 (1)1.1.1 太赫兹波的特点 (1)1.1.2 太赫兹波的空间应用及大气传输特性研究的意义 (2)1.2 国内外研究进展 (4)1.2.1 太赫兹波大气吸收特性的研究进展 (4)1.2.2 太赫兹波大气散射特性的研究进展 (7)1.3 本文主要内容 (8)第2章宽频段太赫兹波的大气吸收 (9)2.1 大气分子的选择吸收 (9)2.1.1 大气分子光谱 (9)2.1.2 谱线的增宽 (10)2.1.3 吸收系数和透过率 (10)2.2 大气分子光谱参数数据库——HITRAN (11)2.2.1 HITRAN数据库中的光谱参数 (11)2.2.2 光谱参数随温度和压强的变化 (12)2.2.3 吸收系数的计算 (13)2.3 主要大气成分对太赫兹波的吸收 (13)2.3.1 水蒸气和氧气的太赫兹吸收谱 (13)2.3.2 连续吸收 (15)2.3.3 吸收系数随温度、大气压强、相对湿度的变化情况 (17)2.4 不同海拔高度太赫兹波的传输衰减 (21)2.4.1 大气的物理概况 (21)2.4.2 大气吸收系数和太赫兹波透过率随海拔高度的变化 (22)2.4.3 太赫兹波垂直入射时的透过率 (25)2.5 本章小结 (26)第3章太赫兹波在复杂大气背景下的散射特性 (27)3.1 单个球形粒子的散射理论 (27)3.1.1 散射过程 (28)3.1.2 米散射理论 (29)3.2 单次散射理论 (30)3.3 多次散射的处理——蒙特卡罗法 (31)3.4 太赫兹波在雾中的散射特性 (33)3.4.1 雾的物理特性 (33)3.4.2 太赫兹波在雾中的单次散射 (35)3.4.3 太赫兹波在低能见度雾中的多次散射 (37)3.5 太赫兹波在风沙天气中的散射特性 (39)3.5.1 我国沙漠地区中沙尘的物理特性 (39)3.5.2 太赫兹波在扬沙天气中的单次散射 (41)3.5.3 太赫兹波在沙尘暴天气中的多次散射 (43)3.6 本章小结 (45)第4章太赫兹波大气传输特性实验 (47)4.1 太赫兹波大气传输特性实验平台设计 (47)4.2 实验结果与分析 (49)4.2.1 实验中湿度和压强对太赫兹波透过率的影响 (49)4.2.2 实验与理论计算结果比较分析 (51)4.2.3 存在问题及建议 (52)4.3 本章小结 (53)第5章总结与展望 (55)参考文献 (57)发表论文和参加科研情况说明 (63)致谢 (65)第1章绪论1.1 太赫兹波简介太赫兹波的频率范围是0.1 THz~10 THz（波长3mm~ 30μm），在电磁波谱中介于微波和红外波之间，如图1-1所示。

太赫兹辐射大气传输特性分析及城市衰减预估

节气候的变化情况，并预估了０．３ＴＨｚ频段该城市区域的大气吸收损耗。关键词：太赫兹；大气传输衰减；大气吸收；国际电联标准中图分类号：ＴＮ９７文献标识码：Ａ
Ａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｅｒａｈｅｒｔｚａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｒａｄｉａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎｄｃｉｔｙｒｅｇｉｏｎｌｏｓｓｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ
２．中国洛阳电子装备试验中心博士后科研工作站，河南洛阳４７１００３）
摘要：变化的气候状况、区域海拔及大气层气象参数影响着太赫兹电磁波的传播状况。
首先从理论上对太赫兹波辐射大气传输损耗的三个部分：自由空间传输损耗、大气吸收损耗及
ａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ，Ｌｕｏｙａｎｇ４７１００３，Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ；２．ＰｏｓｔｄｏｃｔｏｒａｌＰｒｏｇｒａｍｍｅ，
ＬｕｏｙａｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｑｕｉｐｍｅｎｔＴｅｓｔＣｅｎｔｅｒｏｆＣｈｉｎａ，Ｌｕｏｙａｎｇ４７１００３，Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）
ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅＴＨｚｒａｄｉａｔｉｏｎｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｏｓｓ，ｔｈｅｆｒｅｅｓｐａｃｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｏｓｓ，ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｇａｓｅｓａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎａｎｄａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｅｆｆｅｃｔ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｎ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｖｅａｌｔｈｅｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎＴＨｚｎａｔｕｒａｌｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｏｓｓａｎｄｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＵｎｉｏｎＲａｄｉｏｅｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｅｃｔｏｒ（ＩＴＵ－Ｒ）ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎＰ．６７６－９，ＴＨｚｂａｎｄａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｇａｓｅｓａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗａｔｅｒ — ｖａｐｏｒｄｅｎｓｉｔｙ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｂａｒｏｍｅｔｒｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅａｒｅｐｒｏｇｒａｍｍｅｄａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏ２０１３ａｎｎｕａｌａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｆｏｕｒｒｅｐｒｅ —

太赫兹波大气传播特性建模与遥感探测研究

太赫兹波大气传播特性建模与遥感探测研究太赫兹波大气传播特性建模与遥感探测研究摘要：太赫兹波（THz）技术因其具有较好的穿透力和对许多物质的非破坏性检测能力而被广泛研究和应用。

了解太赫兹波在大气中的传播特性对于开发高性能的太赫兹波系统和实现精准的遥感探测具有重要意义。

本文通过对太赫兹波在大气中传播的基本原理和机制进行分析，建立了太赫兹波大气传播特性的数学模型，并通过实验验证得到的模型的准确性。

同时，本文还通过对太赫兹波在空气中的传播实验进行研究，探索了太赫兹波在不同环境下的传播特性变化规律，为太赫兹波遥感探测提供了理论基础。

关键词：太赫兹波；大气传播特性；数学模型；遥感探测 1. 引言太赫兹波是介于微波和红外波段之间的电磁波，具有短波长和高能量的特点。

近年来，太赫兹波技术在材料识别、医学成像、食品安全等领域发展迅速。

太赫兹波的传播特性是决定其应用效果的关键因素之一。

因此，研究太赫兹波在大气中的传播机制和特性具有重要意义。

2. 太赫兹波在大气中的传播机制太赫兹波在大气中的传播受到大气分子的吸收、散射和衰减的影响。

大气中的水蒸气和氧气分子对太赫兹波具有较强的吸收能力，而氮气和二氧化碳分子的吸收作用较弱。

此外，大气中的气溶胶和颗粒也会对太赫兹波的传播造成散射和衰减。

3. 太赫兹波大气传播特性的数学模型为了研究太赫兹波在大气中的传播特性，我们建立了太赫兹波传播的数学模型。

首先，我们考虑了大气中各种成分对太赫兹波的吸收能力，并将其转化为等效吸收系数。

然后，我们分析了大气中的物质对太赫兹波传播路径的扰动，建立了太赫兹波的衰减模型。

最后，我们考虑了大气中气溶胶和颗粒对太赫兹波的散射，建立了散射衰减模型。

通过将吸收和散射两种因素结合，我们得到了太赫兹波在大气中传播的数学模型。

4. 实验验证为了验证所建立的数学模型的准确性，我们进行了一系列的实验。

首先，我们利用太赫兹波发射器和接收器，在实验室中模拟了太赫兹波在大气中传播的过程。

太赫兹技术研究背景与意义

太赫兹技术研究背景与意义
以太赫兹技术是一种新兴的无线通信技术，其频率范围在300GHz 至3THz之间。

以太赫兹技术的研究背景和意义在于其在通信、医疗、安全检测等领域的广泛应用。

以太赫兹技术在通信领域的应用前景广阔。

由于其高频率和大带宽特性，以太赫兹技术可以实现高速数据传输，比如在5G通信中，以太赫兹技术可以提供更高的数据传输速率和更低的延迟，从而满足人们对于高速、低延迟通信的需求。

以太赫兹技术在医疗领域的应用也备受关注。

以太赫兹波可以穿透人体组织，而且对生物组织的损伤很小，因此可以用于医学成像、癌症检测等方面。

同时，以太赫兹技术还可以用于药物检测和分析，为医学研究提供了新的手段。

以太赫兹技术在安全检测领域也有着广泛的应用。

以太赫兹波可以穿透许多物质，如纸张、塑料、衣物等，因此可以用于安全检测领域，如行李检测、人员安检等。

此外，以太赫兹技术还可以用于无损检测，如检测建筑物、桥梁等结构的缺陷和损伤。

以太赫兹技术的研究背景和意义在于其在通信、医疗、安全检测等领域的广泛应用。

随着技术的不断发展和完善，相信以太赫兹技术将会在更多领域得到应用，为人们的生活带来更多便利和安全。

太赫兹电磁波空气的传输损耗

太赫兹电磁波空气的传输损耗太赫兹电磁波空气的传输损耗与大气特性相关，了解这一点对于深入探讨太赫兹电磁波在通信和传感领域的应用至关重要。

在本文中，我们将从简单的概念开始，逐步深入，详细探讨太赫兹电磁波在空气中的传输损耗，并分析其影响因素和应用前景。

1. 太赫兹电磁波空气传输损耗的基本概念太赫兹电磁波是指频率介于红外光和微波之间的电磁辐射波段，波长范围大约在0.1毫米到1毫米之间。

这一波段的电磁波具有穿透力强、非电离辐射、对生物安全无害等特点，因此在通信、成像、安检等领域具有广阔的应用前景。

然而，正是由于其特殊的频率和波长特性，太赫兹电磁波在空气传输过程中会发生一定程度的传输损耗，限制了其在实际应用中的性能表现。

2. 太赫兹电磁波在空气中的传输特性空气对太赫兹电磁波的传输损耗主要受到频率、大气湿度和气压等因素的影响。

在一般情况下，太赫兹电磁波与大气中的气体和水汽分子发生相互作用，导致能量的逐渐衰减和吸收，从而产生传输损耗。

空气中的气压和温度也会对太赫兹电磁波的传输性能产生一定影响。

在实际应用中需要充分考虑这些因素，以提高太赫兹电磁波的传输效率和性能稳定性。

3. 影响太赫兹电磁波空气传输损耗的因素太赫兹电磁波在空气传输过程中的损耗主要受到频率、大气湿度、气压和温度等因素的影响。

频率直接影响了太赫兹电磁波与空气分子间的相互作用方式，高频率下太赫兹电磁波更容易被空气吸收。

大气湿度也是一个重要影响因素，水汽能够吸收太赫兹波辐射，特别是在高湿度环境下，传输损耗将更加显著。

气压和温度会影响大气密度和分子振动等参数，从而改变太赫兹电磁波的传输性能。

4. 太赫兹电磁波空气传输损耗的应用前景尽管太赫兹电磁波在空气中存在一定的传输损耗，但其在通信、成像和安检等领域的应用前景依然非常广阔。

通过对太赫兹电磁波的传输损耗进行深入研究和理解，可以有针对性地优化相关设备和技术，提高太赫兹电磁波的传输效率和性能稳定性，从而推动相关领域的发展和应用。

太赫兹技术研究现状

太赫兹技术研究现状一、太赫兹源和检测器太赫兹波源的研究是太赫兹技术的关键之一、常见的太赫兹源包括光学激光器、微波源和荷电粒子束。

其中，光学激光器是目前最常用的太赫兹波源。

检测器的选择也对太赫兹技术的应用起到关键作用。

常用的太赫兹检测器有太赫兹增强型光电探测器、微波检测器和热电探测器等。

二、太赫兹成像技术太赫兹成像技术是太赫兹技术的主要应用之一、相比传统成像技术，太赫兹波能够穿透许多日常物体，如纸张、塑料和织物等，同时对多种材料具有良好的吸收和反射特性。

太赫兹成像技术可用于检测物体的内部结构、识别隐蔽物体和观测材料的物理特性。

三、太赫兹通信技术太赫兹通信技术是近年来研究热点之一、由于太赫兹波具有相对较高的带宽和较低的能量传输损耗，因此被认为是下一代高速无线通信的理想选择。

目前，太赫兹通信技术主要面临的挑战是信号传输的稳定性和传输距离的限制。

四、太赫兹辐射太赫兹辐射是指在太赫兹频率范围内的电磁辐射现象。

太赫兹辐射具有波长较长，穿透力较强的特点，因此对生物组织和有机物质的影响较小。

这使得太赫兹辐射在医疗影像、食品质量检测和安全检测等领域得到广泛应用的研究。

五、太赫兹光学太赫兹光学是研究和应用太赫兹波的光学现象和原理。

太赫兹光学包括太赫兹波的产生、传播、调制和控制等方面的研究。

太赫兹光学技术能够在太赫兹频率范围内实现超材料、光子晶体、太赫兹光纤等器件的设计和实现。

总结而言，太赫兹技术是一项具有广泛应用前景的电磁波技术。

目前，太赫兹技术在太赫兹源和检测器、太赫兹成像、太赫兹通信、太赫兹辐射和太赫兹光学等领域都取得了一定的研究进展。

随着技术的不断进步和创新，太赫兹技术在各个领域的应用将会进一步拓展和完善。

《太赫兹超材料设计仿真及其传感特性研究》范文

《太赫兹超材料设计仿真及其传感特性研究》篇一一、引言随着科技的发展，太赫兹波段在通信、生物医学、安全检测等领域的应用越来越广泛。

太赫兹超材料作为一种新型的材料，具有独特的电磁特性和应用潜力，为太赫兹波段的应用提供了新的可能性。

本文将针对太赫兹超材料的设计仿真及其传感特性进行研究，以期为相关领域的应用提供理论支持和实践指导。

二、太赫兹超材料设计仿真1. 材料选择与制备太赫兹超材料的设计首先需要选择合适的材料。

目前，常用的太赫兹超材料包括金属薄膜、周期性结构等。

其中，金属薄膜具有良好的导电性和可塑性，是实现太赫兹超材料的重要基础。

而周期性结构则可以通过调整单元尺寸、形状等参数，实现太赫兹波的调控和操作。

在材料制备方面，需要采用先进的微纳加工技术，如电子束蒸发、光刻技术等，制备出高质量的太赫兹超材料样品。

2. 设计方法与仿真在太赫兹超材料的设计中，需要根据具体的应用需求，采用合适的设计方法。

常用的设计方法包括遗传算法、拓扑优化等。

其中，遗传算法可以快速搜索出满足特定要求的最佳设计方案，而拓扑优化则可以通过调整材料的拓扑结构，实现电磁特性的优化。

在仿真方面，需要采用精确的电磁仿真软件，如COMSOL Multiphysics等。

通过仿真可以预测太赫兹超材料的电磁特性，如折射率、吸收率等，为后续的实验提供指导。

三、传感特性研究1. 传感原理太赫兹超材料具有独特的传感特性，其原理在于其具有较高的电场增强效应和电磁波的共振效应。

当太赫兹波与超材料相互作用时，会在特定的频率下产生强烈的共振效应，从而实现电磁波的探测和识别。

此外，太赫兹超材料的电场增强效应可以有效地提高传感器的灵敏度和响应速度。

2. 传感应用太赫兹超材料在传感领域具有广泛的应用前景。

例如，可以应用于生物分子检测、气体检测等领域。

在生物分子检测方面，可以利用太赫兹超材料的电场增强效应和共振效应，实现对生物分子的高灵敏度检测和识别。

在气体检测方面，可以利用太赫兹波在气体中的传播特性，结合太赫兹超材料的传感特性，实现对气体的有效检测和监控。

基于FDTD算法的太赫兹波传输特性研究及应用

基于FDTD算法的太赫兹波传输特性研究及应用近年来，太赫兹技术逐渐成为物理学、化学、生物学等领域的研究热点，其独特的电磁波特性使其在科研、医疗、安检等方面具有广泛的应用前景。

然而，太赫兹波的传输特性对于不同的材料和结构具有显著的差异，对于太赫兹波的传输特性进行研究和优化，是探索太赫兹技术应用最基础的问题之一。

FDTD (Finite-Difference Time-Domain)算法是目前太赫兹波传输特性研究的主要工具之一，其基本思想是将空间和时间离散化，通过差分方程求解电荷和电流的运动方程，从而得到电场和磁场的演化过程。

在FDTD算法的基础上，研究人员可以建立模拟太赫兹波传输的三维计算模型，进一步分析不同结构、材料对太赫兹波传输的影响。

太赫兹波在介质中的传输一般包括两种方式：传统的衰减和扩散，以及表面等离子体波(SPP)的存在。

在传统的衰减和扩散中，太赫兹波的能量随着传输距离的增加而逐渐减弱，最终消失；在SPP的存在下，太赫兹波的能量可以在介质表面上得到集中并传导，从而实现高效的传输。

而太赫兹波在传输过程中的损耗和传输距离除受介质本身的影响外，还与太赫兹波激发源的频率、入射角等因素密切相关。

根据上述特性，研究人员可以针对不同的应用场景，通过模拟太赫兹波的传输特性和优化设计太赫兹光学元器件等手段，实现太赫兹技术的应用。

以下就一些典型应用进行简单介绍。

太赫兹无损检测是太赫兹技术的典型应用之一。

今天知名的太赫兹无损检测设备产商包括JULABO、TERAHERTZ、DAIKIN、Sunscreen Technology等公司。

在太赫兹波照射下，被检测物质的表面会出现反射和透射，这些反射和透射的信号可以分析得到物质的检测结果，例如材料的成分、密度、结构等信息。

太赫兹无损检测技术优点是检测速度快、不会破坏被测物质、对于探测目标具有高分辨率等特点。

太赫兹成像是太赫兹技术的另一典型应用。

由于太赫兹波穿透力强而不会对生物和组织造成伤害，因此太赫兹医学应用领域具有广阔的发展前景。

关于在不同温度下太赫兹时域波谱的研究1

关于不同温度条件下太赫兹时域波谱的研究本文介绍了在不同温度下基于空气相干检测（0.3-14Thz）和电光检测（0.3-7Thz）等两种宽带太赫兹时域光谱检测技术。

随着相对温度的增加，太赫兹能量以指数级减少。

随着相对湿度从0%变化到40%，时域主脉冲的动态范围呈线性减少。

线性组件表明，对于Thz-ABCD 和EO 而言，斜率分别为-0.017和0.019。

由于在一般的EO检测中晶体存在多路反射，与EO 相比Thz-ABCD 有着较高的光谱分辨率。

本文比较了THz-ABCD 和FTIR两种方法测得的水蒸气的吸收光谱。

太赫兹已经在很多的应用方面体现出了优势，包括生物监测、非破坏性的检测、材料特性方面。

这是因为大多数分子和化学成分的旋转和谐振频率在这一频段内。

但在大气中传播太赫兹波时，水蒸气将对其造成衰减。

Grischkowsky已经提出了很多关于水蒸气吸收太赫兹波的研究。

尤其在0.2-2Thz频段。

另一方面，应用太赫兹进行空间观测受到日常天气、季节变换以及不同高度和地理位置的影响。

为了降低水蒸气吸收的影响许多人提出亚毫米波望远镜以应用于更高更干燥更冷的地面天文观测站。

利用选择性气体的太赫兹时域波谱现在提出了一个高密度的太赫兹场，一个宽带频谱以及对研究物质特性的敏感检测能力。

考虑到遥感，一种比较有前景的技术就是应用气体作为发射机和感应器。

为研究在各种环境中宽带太赫兹的特性，本研究用氮气作为太赫兹发射源，使用太赫兹空气偏相干检测和GaP晶体电光抽样，以测量在不同湿度下水蒸气的吸收作用。

图1 实验装置图1显示了使用Thz-ABCD和GaP EO抽样的宽带谱测量计电路图。

图中光源使用Ti蓝宝石放大器激光器，其中心工作波长为800nm，脉冲持续时间为50fs，能量为1.3豪焦耳，3kHz的重复速率，通过一个光波分离器激光束被分为两路。

其中一个波束有85%的能量穿过一个100um厚的I型BB0晶体。

通过它产生一个400nm波长的次级波束。

6G太赫兹传输特性

6G太赫兹传输特性一、引言随着高清数字电视、超高清VR/AR等多媒体业务的日益兴起，人们对高速数据传输的需求日益增长。

为了实现更高的数据速率，通信系统需要分配更宽的带宽，追求更高的频谱效率。

在带宽方面，100GHz以上的载波频率是未来无线局域网最有希望的替代方案。

太赫兹（THz）波段通常从300GHz到10THz。

这一波段的电磁波对陶瓷、纸张、木材、纺织品和塑料等介质材料可以轻易穿透，但很难穿透金属和水。

在外层空间，太赫兹波可以无损耗的传输，用很小的功率就可实现远距离通信，因此，太赫兹频段可以广泛应用于太空通信中。

但在大气环境下，高自由空间损耗以及大气效应引起的额外衰减是一个巨大的挑战。

在不同的天气条件下，如大气分子、雨滴或雾滴，都可能导致太赫兹波段电磁波的高衰减或散射。

然而在某些确定的太赫兹频段依旧可以产生较低的衰减，因此可以在这些频率窗口范围内进行数据传输。

通常这些频率窗口被定义在300GHz~1THz，超过1THz的频段由于极端的衰减不在无线通信建议的使用选项中。

因此，6G太赫兹应用落地还面临一系列的问题与挑战。

运营商和各个行业已经开始从太赫兹器件和太赫兹光学应用方面进行研究，但业界对太赫兹在无线链路的传播特性的分析还比较少。

本文分析了太赫兹在晴朗空气、雨天、雾天等场景的链路损耗，并依据太赫兹链路传播特点提出6G太赫兹应用场景建议。

二、6G太赫兹在大气中传播特性分析大气和天气对无线电波传播的影响表现为衰减、相移和到达角的变化，这种现象包括分子吸收（主要是由于水蒸气和氧气）、散射和闪烁。

在分子（气体）吸收方面，水蒸气是大气中最基本的吸收成分，会导致太赫兹频段，尤其是300GHz以上某些太赫兹波段衰减值较大。

（一）晴朗天气太赫兹传播特性分析在晴朗的天气中太赫兹波的衰减取决于电磁波和分子共振的频率差，当波的频率与共振频率重合时，衰减会达到最大值。

在557GHz和752GHz2种谐振频率下，均表现出较高的衰减。

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ｌ太赫兹大气传输特性实验平台设计
开展太赫兹辐射大气衰减实验研究，必须首先对太赫兹辐射源进行优化选择，并对太赫兹波源谱线的测量方法、输出功率稳定性、太赫兹辐射在传输路径上的散射、反射损失等进行研究；同时设计具有良好输入输出匹
流层。对流层大气对太赫兹有非常明显的连续和线吸收作用，表现为衰减系数随频率缓慢上升的同时呈振荡
分布，存在多个吸收峰和透射窗口¨ ｇ。。由于目前太赫兹辐射源功率还无法做到足够大，因此要实现对流层中
第２５卷第６期２０１３年６月
强激光与粒子束
ＨＩＧＨＰＯＷＥＲＬＡＳＥＲＡＮＤＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＳ
Ｖｏ１．２５，ＮＯ．６
Ｊｕｎ．，２０１３
文章编号：１００１－４３２２（２０１３）０６－１５７３ — ０４
配性能的太赫兹波传输系统，以实现太赫兹波高效、集中传输；设计大气模拟室，即可通过调整温度、湿度、气压
等参数，以模拟ＴＨｚ波在不同温度、不同湿度、不同气压条件下不同气体如氮气、干燥空气及水蒸气等的传输环境；设计太赫兹测试系统等，以实现对各种太赫兹辐射的大气衰减测量。
对不同频段ＴＨｚ波衰减的规律性；同时，建立太赫兹大气传输特性动态数据库对海量大气环境数据进行有效
地分析，为实验数据处理及理论研究提供支持。关键词：太赫兹；大气传输；大气模拟室；动态数据库
本文选择ＦＩＲＬ１００一体化ＴＨｚ激光器作为太赫兹源。这种ＴＨｚ激光器系统利用ＣＯ。激光器泵浦有机分子，不同的ＣＯｚ激光谱线使得有机分子发生能级跃迁，粒子数翻转，经过谐振腔得到相应的ＴＨｚ波段激光谱线输出，输出功率可达１５０ｍｗ＠２．５２ＴＨｚ（１１８．８ｍ），１．６３ＴＨｚ（１８４．３耻ｍ），可在０．２５～７．５ＴＨｚ频段内产生近８０条谱线输出。经分析比较，从太赫兹频段的覆盖性、功率强度和频率的稳定性，ＦＩＲＬ１００作为输出光源较为适合开展这类太赫兹辐射大气衰减实验。
太赫兹大气传输特性实验研究
周逊。，李赜宇。，罗振飞。，董志伟，杨存榜。
（１．中国工程物理研究院激光聚变研究中心，成都６１００４１；２．北京应用物理与计算数学研究所，ｊＥ京１０００９４；
太赫兹通信及雷达应用，掌握不同湿度、温度、压强、组分条件下的太赫兹频段大气窗口的位置和宽度，是利用
好该频谱资源的前提条件。故此，进行太赫兹大气传输实验测试，通过试验结果与理论模型的相互验证优化，对太赫兹技术的应用具有重要的现实意义。
３．中国工程物理研究院太赫兹研究中心，四川绵阳６２１９００）
摘
要：太赫兹在高速率通信、高分辨力雷达等方面具有广阔的应用前景，而对太规律进行系统的理论与实验研究则是发展利用该频谱资源的基础条件。对大气作用于太赫兹频段电磁辐射的吸收衰减进行了实验测试研究。通过双光路的差分系统设计，尽可能地减小太赫兹辐射源输出功率不稳定性所产生的系统误差，完成大气模拟环境下太赫兹波段多个频点传输的功率变化测定，以探索大气环境
中图分类号：ＴＮ９２８文献标志码：Ａｄｏ｜：１０．３７８８／ＨＰＬＰＢ２０１３２５０６．１５７３
太赫兹（ＴＨｚ）波通常是指频率在０．３～１０ＴＨｚ范围内的电磁波，处于科学技术发展相对较好的微波毫米波与红外线光波之间，是光子学技术与电子学技术、宏观与微观的过渡区域口＿３＿，在超高速通信、高分辨力雷达等方面有重要应用前景［４］。太赫兹大气传输特性研究是太赫兹诸多研究、应用的基础，具有重要的学术意义和实用价值。大气对太赫兹辐射传输而言存在一定的非协作性，即存在吸收衰减＿８＿。目前，多数太赫兹应用均发生在对流层。对流层包含地球大气总质量的８０，绝大部分是水汽，几乎所有的天气现象也都发生在对