研究目的
开发一种结合100像素CMOS成像器与太赫兹量子级联激光频率梳的混合成像系统，用于3太赫兹以上频段的应用，以解决该频段固态源缺乏及新设计挑战问题。
研究成果
该混合成像系统展示了将CMOS与QCL技术结合以实现3太赫兹以上频段太赫兹成像的潜力，实测平均噪声等效功率为1260皮瓦每平方根赫兹，且未来系统有望进一步改进。
研究不足
信噪比受限于量子级联激光器（QCL）的输出功率（70微瓦），且系统性能因设计频率2.8太赫兹与QCL工作范围3.25-3.5太赫兹之间的失配而受到影响。
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[IEEE ESSCIRC 2019 - 第45届IEEE欧洲固态电路会议（ESSCIRC） - 波兰克拉科夫（2019年9月23日-26日）] ESSCIRC 2019 - 第45届IEEE欧洲固态电路会议（ESSCIRC） - 一种混合太赫兹成像系统，配备100像素CMOS成像器和3.25-3.50太赫兹量子级联激光器频率梳
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DOI：10.1109/esscirc.2019.8902823
出版年份：2019
更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要：
超过3太赫兹的太赫兹频段在化学与生物医学传感、光谱分析、成像及短距离无线通信等众多应用领域具有变革性潜力。虽然硅基太赫兹成像器在1太赫兹以下频段已取得显著进展，但3太赫兹以上频段因缺乏固态辐射源导致技术发展受阻。此外，3太赫兹以上频段的设计空间在电子学和电磁界面方面带来了全新挑战——该频谱范围内波长足够?。?太赫兹时λox≈50微米），使得从顶部天线层到探测器的垂直通孔成为分布式元件（传输线或辐射器）。本文采用严谨的电路-电磁协同设计方法，研制出包含100像素CMOS成像器与工作在3.25-3.5太赫兹（模式间隔17吉赫兹）的太赫兹量子级联激光器频率梳的混合成像系统。该阵列芯片虽针对2.7-2.9太赫兹优化设计，但在3.25-3.5太赫兹频段仍展现出平均噪声等效功率（NEP）1260皮瓦/√赫兹（全像素平均），预计在设计频段2.7-2.9太赫兹可实现284皮瓦/√赫兹的NEP。据我们所知，这是首次以混合量子级联激光器（QCL）-CMOS方式实现完整太赫兹成像，该方法为未来研究利用QCL与CMOS技术推动1-10太赫兹系统的技术进步奠定了基础。
作者：
T. J. Smith，Anna Broome，Daniel Stanley，Jonas Westberg，Gerard Wysocki，Kaushik Sengupta
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