[论文解读] A Dynamically Reconfigurable Terahertz Array Antenna for Near-field Imaging Applications

Kathirvel Nallappan, Jingwen Li+5 more|arXiv (Cornell University)|May 30, 2017

Terahertz technology and applications参考文献 7被引用 3

一句话总结

本文提出了一种在GaAs上制造的动态可重构8元太赫兹（THz）阵列天线，电极间隙为100 µm，实现了高速近场成像并达到亚波长分辨率。通过在阵列上空间扫描光学探测束并使用同步检测放大器，系统可同时捕获二维的振幅、相位和频率信息，展示了实时、高分辨率的太赫兹成像能力。

ABSTRACT

A proof of concept for high speed near-field imaging with sub-wavelength resolution using SLM is presented. An 8 channel THz detector array antenna with an electrode gap of 100 um and length of 5 mm is fabricated using the commercially available GaAs semiconductor substrate. Each array antenna can be excited simultaneously by spatially reconfiguring the optical probe beam and the THz electric field can be recorded using 8 channel lock-in amplifiers. By scanning the probe beam along the length of the array antenna, a 2D image can be obtained with amplitude, phase and frequency information.

研究动机与目标

• 开发一种用于高速、亚波长近场成像的可重构太赫兹阵列天线。
• 实现在太赫兹成像中同时获取振幅、相位和频率信息。
• 通过光学束实现太赫兹探测点的动态空间扫描，以实现实时成像。
• 利用商用GaAs衬底与8通道检测，展示概念验证系统。
• 通过动态重构克服传统太赫兹成像系统在速度和分辨率方面的局限性。

提出的方法

• 在具有100 µm电极间隙和5 mm长度的GaAs半导体衬底上制备了8通道太赫兹探测器阵列天线。
• 通过在阵列上空间扫描光学探测束，动态激励不同的天线单元。
• 使用8通道同步检测放大器记录太赫兹电场响应，实现相位与振幅检测。
• 通过在阵列上扫描探测束捕获二维图像，同时保留频率信息。
• 通过光学束的空间重构，实现对传感点的动态控制，无需机械运动。
• 利用单束光学信号对多个检测点进行探测，实现高速数据采集。

实验结果

研究问题

• RQ1 动态可重构太赫兹阵列天线是否能在近场成像中实现亚波长分辨率？
• RQ2 单束光学探测束在实时成像中能否有效扫描并激励多个太赫兹天线单元？
• RQ3 所提出系统的可实现空间分辨率和成像速度如何？
• RQ4 能否通过该配置同时从太赫兹信号中提取振幅、相位和频率信息？
• RQ5 基于GaAs的阵列天线，电极间隙为100 µm，在多大程度上支持高分辨率成像？

主要发现

• 该系统成功展示了使用动态可重构太赫兹阵列天线实现高速近场成像并达到亚波长分辨率。
• 8通道同步检测放大器设置实现了阵列上振幅、相位和频率数据的同时采集。
• 光学探测束的空间扫描实现了二维图像重建，且无需机械运动。
• 具有100 µm电极间隙的所制备阵列达到了近场成像应用所需的足够空间分辨率。
• 通过动态光学束重构，概念验证系统实现了实时成像能力。
• 该方法通过消除太赫兹源或探测器的机械扫描，实现了高速数据采集。