第3rd届太赫兹科学与技术新兴趋势特刊：IRMMW-THz会议精选的极化调控、太赫兹源、成像与通信前沿

《IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology》：Editorial: 3rd Special Issue on Selected Emerging Trends in Terahertz Science and Technology

　　

欢迎阅读“太赫兹科学与技术精选新兴趋势”特刊。该特刊是年度系列的第3^rd期，涵盖编辑委员会在年度IRMMW-THz（International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves，红外、毫米波与太赫兹国际会议）会议期间观察到的新兴趋势。研究人员以2023年蒙特利尔第48^th IRMMW-THz会议所展示的研究启动该系列，并以珀斯IRMMW-THz 2024延续。去年，研究人员在赫尔辛基通过一系列特别活动庆祝IRMMW-THz 50^th周年，并扩展了技术范围。强劲的会议出席人数和高质量技术报告为向该特刊征集论文提供了深厚领域。研究人员欣然报告，这是新兴趋势系列中迄今规模最大的特刊。该期的潜在作者池由赫尔辛基所有全会报告（plenary talks）和主旨报告（keynote talks）名单创建。午餐时间的历史报告未被考虑，因为这些报告人被邀请向一个单独的、同期特刊投稿。随后通过编辑委员会讨论精简名单，并邀请剩余作者向特刊投稿。作者被要求就其IRMMW-THz摘要主题撰写期刊文章，并包括新结果以及相关技术背景材料的配套综述（companion review），以提高可及性（accessibility）。该期包含12篇论文，涵盖太赫兹科学与技术的不同领域。

太赫兹（Terahertz, THz）科学与技术是IRMMW-THz（International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves，红外、毫米波与太赫兹国际会议）会议系列关注的重要领域。编辑委员会每年根据IRMMW-THz会议观察到的新兴趋势组织年度特刊。该系列前两期分别源于第48^th IRMMW-THz（Montreal 2023）和IRMMW-THz 2024（Perth）。去年，研究人员在赫尔辛基庆祝IRMMW-THz 50^th周年，并通过一系列特别活动扩展了技术范围。会议出席人数强劲、技术报告质量高，为向本期特刊征集论文提供了深厚基础。本期特刊是新兴趋势系列中迄今规模最大者，包含12篇论文，旨在汇集太赫兹科学与技术不同领域的前沿成果，并向THz社区提供IRMMW-THz会议系列所覆盖空间的启发性横截面。

研究人员开展的工作是组织第3^rd届“太赫兹科学与技术精选新兴趋势”特刊。编辑委员会从赫尔辛基IRMMW-THz会议的所有全会报告（plenary talks）和主旨报告（keynote talks）建立潜在作者池，午餐时间的历史报告未被考虑，因为这些报告人被邀请向同期单独特刊投稿。随后通过编辑委员会讨论精简名单，并邀请剩余作者提交论文。作者被要求围绕其IRMMW-THz摘要主题撰写期刊文章，包括新结果，并配套相关技术背景材料综述（companion review）以提高可及性（accessibility）。该期最终包含12篇论文，覆盖极化调控、太赫兹源、组件、成像、通信和基础科学等方向。研究人员认为，该特刊中的优秀工作提供了IRMMW-THz会议系列所覆盖领域的启发性横截面，对促进太赫兹科学与技术新兴趋势的传播具有重要意义。

为开展该特刊组织工作，研究人员采用的主要关键方法包括：以赫尔辛基IRMMW-THz会议全会报告和主旨报告为样本队列来源，排除午餐历史报告，经编辑委员会讨论筛选后邀请投稿；要求作者在IRMMW-THz摘要主题基础上撰写期刊论文，纳入新结果并配套相关技术背景综述。该过程不涉及试剂、培养或质粒构建操作，重点是会议前沿成果的征集、筛选与专题组织。

研究结果可按照原文主题分组概述。在极化选择性与波束控制方面，三篇论文利用THz天线和准光学（quasioptical）系统的自然极化选择性，并结合精确万向架（gimbal）控制，提高波束定位、检测灵敏度和校准能力。Sonoyama、Inami和Monnai报道了通过极化可重构双馈架构实现新型圆极化波束控制，对两个正交激励模式提供电子幅度和相位控制；该功能在300 GHz通过基于万向架的扇形波束合成和目标跟踪，在90度方位角范围内得到演示。Omura、Dobroiu和Suzuki提出基于圆极化的THz零差（homodyne）IQ（in-phase/quadrature，同相/正交）解调；概念验证系统采用波片、线栅极化器（wire grid polarizer）和两个准光学二极管探测器；通过万向架扫描，使用450 GHz RTD（resonant tunneling diode，谐振隧穿二极管）源和640 GHz倍频器获得成像结果，并显示相比传统直接检测显著改善SNR（signal-to-noise ratio，信噪比）。Karimi、Harris和Arbab详述了基于线栅极化器的极化成像系统优化校准策略，采用琼斯矩阵（Jones matrix）形式，将完整的18个极化器旋转角减至3个；该减缩集可提取波束扫描器琼斯矩阵和目标入射电场，以全18角集为参考时误差仅10%；通过万向架波束扫描，对Al₂O₃和LiNbO₃在不同晶轴取向下获得极化光谱图像，并显示所有轴配置下反射系数理论与测量高度一致。

在太赫兹源进展方面，三篇论文报道了在成本、带宽和功率方面的显著改进。Senica等展示增益开关（gain-switched）和超辐射（superluminescent）THz量子级联激光器（quantum cascade laser, QCL）；低频微波调制QCL实现约1.9至4.1 GHz的倍频程带宽；提高调制频率和后续模式展宽使器件进入覆盖3–4 THz波段的超辐射区；光谱由干涉测量确认，测得输出功率为14–659微瓦。Ye等描述低成本、降低硬件复杂度的光混频（photomixing）系统；在传统双波长可调激光器装置中移除一个激光器，替换为连接两条不等长光纤线的分束器，再在光混频器或UTC（uni-traveling-carrier，单行载流子）光电二极管处复合；阶跃或线性频率调制与自混频结合产生相干可调THz输出；该简化架构用于演示280 GHz、100 Mbit/s通信链路和300 GHz、啁啾率>0.27 GHz/ns的LFM（linear frequency modulation，线性调频）雷达能力。Huiskes等报道利用强脉冲激光泵浦光电导阵列实现高THz输出功率；361（19 × 19）元件阵列制造在低温生长GaAs上，并用20-W、倍频超快激光在515 nm照射；集成微透镜阵列实现有效光电导间隙照明，二维亚波长金字塔结构促进THz能量自由空间耦合；热释电检测确认最大平均功率为10.1 mW，电光采样显示功率超过2 THz。

在组件侧，两篇论文讨论通过新方案实现波束控制和调制。Gao等引入全介质相控阵平台以实现高效波束控制；该平台集成馈源、功分器、移相器和耦合到介质棒天线的阵列波导结构；介质组件用有效介质Si波导实现；在WR-2.8（约260–400 GHz）波段演示40度范围波束控制和12 Gbit/s的16-QAM（16-quadrature amplitude modulation，16阶正交幅度调制）通信信道。Liu等提出光控THz波导调制器/衰减器，由光电导硅介质棒和光纤阵列集成在WR-4.3矩形波导中组成；该封装在170–260 GHz波段、照明强度至20 W时可提供>40 dB衰减，峰值调制深度>60 dB。

在太赫兹成像系统方面，Sadkaoui等在130 nm SiGe BiCMOS（silicon-germanium bipolar complementary metal-oxide-semiconductor，硅锗双极互补金属氧化物半导体）技术中实现了334-GHz实时成像系统；1024（32 × 32）阵列的每个元件由RF振荡器、裂环谐振器和功率检测器组成，并实现低像素间耦合效率–37 dB；对异丙醇和甲醇混合物、明胶体模和热凝固鸡皮进行测量与成像，确认总体噪声等效介电常数差为0.11。

在通信现象学研究中，Kawashini等研究降雨散射对THz空分复用（space division multiplexing, SDM）的影响；完成300 GHz SDM链路分析，以阐明随降雨增加而出现的串扰；该分析得到286 GHz大型室内天线测试场实验支持，实验中用水喷嘴创建特定且可控的降雨环境；结果表明中等降雨会产生显著离轴波束分量。

在太赫兹基础科学方面，两篇时域光谱研究具有代表性。Novelli等描述通过新型明亮源泵浦-电光采样探测技术，对保持在20 °C或40 °C的0.5 mm厚盐水溶液进行透射测量；结果显示由超分子有序（supramolecular ordering）引起额外吸收，并证明无需外部偏置（external biasing）即可对这些样品类型进行非接触探测。Adams等提出系统框架，用于优化和验证在原子尺度THz-TDS（Terahertz time-domain spectroscopy，太赫兹时域光谱）中通过THz-STM（Terahertz scanning tunneling microscope，太赫兹扫描隧道显微镜）结内互相关（cross-correlation）进行的太赫兹近场波形测量；使用Au（111）测量，表明强场脉冲的幅度和极性必须仔细调谐，以产生亚周期单极隧穿电流脉冲（sub-cycle, unipolar tunneling current pulse），这对准确采样弱场太赫兹波形至关重要；研究人员引入定量自洽验证程序（self-consistent validation procedure），可区分成功与失真的波形测量并预测伪影（artifacts）；该工作为可靠原子尺度THz-TDS建立实践指南和稳健分析框架。

讨论与结论部分，研究人员对该特刊感到欣喜，其中优秀工作提供了IRMMW-THz会议系列所覆盖领域的启发性横截面。研究人员向作者为满足特刊标准而准备稿件所付出的努力表示感谢和感激，也向审稿人及时完成高质量评审表示致谢。研究人员期待与THz社区分享本期特刊，并期待在犹他州盐湖城相见。