太赫兹雷达与传感技术综述：电子与光子系统进展及应用展望

《IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology》：Terahertz Radars and Sensors: Transitions from Fundamentals to Practical Applications

　　

摘要：

太赫兹辐射（0.1–10 THz范围）介于微波频率和红外频率之间，使得非电离、选择性材料的雷达和传感成为可能。本文综述了从基础科学到实际应用的最新进展。在电子领域，文章讨论了集成硅-锗（SiGe）/互补金属氧化物半导体（CMOS）太赫兹收发器的技术，其工作频率可达800 GHz及以上。共振隧穿二极管（RTDs）被用作超高频太赫兹源和室温探测器，具有毫瓦级别的输出功率和皮瓦/√Hz级别的灵敏度，并介绍了其在自注入锁定雷达架构中的应用。光子太赫兹系统涵盖了时间和频率两个领域，包括激光驱动产生和相干检测技术、先进的光源（光纤激光器、锁模激光二极管），以及在紧凑型、可靠性强的前端电路方面的进展。文章还涉及了辅助被动技术，如硅和带隙波导、先进的天线与互连概念，以及用于引导、滤波和高灵敏度生物传感的光子晶体和超表面技术。案例研究展示了太赫兹技术在工业在线质量控制、无损检测、高温金属加工、回收利用以及生物医学和安全领域的应用。最后，我们提出了未来的研究方向，包括异质III-V族材料与硅的集成、高功率激光驱动的太赫兹源、自注入锁定和多输入多输出架构，以及电子与光子子系统之间的紧密集成，这些都是实现可扩展、可在现场部署的太赫兹雷达和传感器的关键要素。