基于光导微探针的近场/远场可扫描太赫兹光谱技术

太赫兹技术已经成为涉及公共安全、军事国防和国民经济等国家核心利益的前沿研究领域.以往太赫兹测量技术中通常以远场测量为主,如常用的太赫兹时域光谱仪.近年来太赫兹近场技术得到了迅猛的发展,特别是基于光导天线的探针技术的发展,为可扫描的太赫兹近场测量提供了可能.本文详细报道了我们近期在可扫描太赫兹近场光谱仪研究中的进展.采用光纤耦合的光导微探针实现了方便灵活的太赫兹近场/远场三维扫描,并同时获得振幅和相位信息.该系统将有可能广泛应用于人工微结构、石墨烯、表面等离子激元、波导传输、近场成像、生物样品检测、芯片检测等研究领域.     

THz超材料的明暗模式耦合效应

随着人工超材料对电磁诱导透明（EIT）现象的成功模拟,超材料明暗模间的耦合机制引起了广泛关注。回顾了近年来在太赫兹（THz）波段基于人工超材料的明暗模耦合效应的相关研究进展,包括平面结构EIT效应,立体结构EIT效应,明暗模垂直耦合电磁诱导吸收（EIA）效应,以及表面波非对称激发。组成超材料的单元结构内部的模式耦合机制对超材料的远场近场响应具有决定性的作用,其不同的耦合机制在光开关、慢光器件、光传感器、片上系统等的设计方面有重大的潜在应用价值。     

利用介质超材料控制太赫兹波的振幅和相位

设计了基于介质高阻硅的超材料用于对太赫兹波的透射振幅和相位进行控制。这里组成超材料的基本结构单元为亚波长柱状硅,相比于基于金属的超材料,其损耗小,效率也更高。太赫兹入射到不同尺寸和旋向的柱状硅时,所透射的太赫兹波的振幅和相位也不同。通过设计不同空间位置处的柱状硅尺寸和旋向,就可以实现任意的振幅和相位分布,从而对透射波波前进行完全的控制。实验中,利用这种硅质微结构设计了三种不同的奇异光栅,其衍射级次和数目可任意控制。这种基于介质超材料的方法,设计简单,加工方便,在制作太赫兹波段低损耗的功能器件方面有着广泛的应用前景。     

缩比模型的宽频时域太赫兹雷达散射截面(RCS)研究

本文首次以钛宝石飞秒激光振荡级为抽运源,搭建了国内首套宽频时域太赫兹雷达(带宽0.1—1.3 THz)并进行了基于标准球的系统校正验证.利用该雷达测量了太赫兹波段三种缩比模型的散射时域信号.通过改进后的后向投影算法对模型的轮廓外形进行了成像研究,验证了新型时域散射信号成像机理.太赫兹雷达更高的频率,宽谱的特征和高分辨率成像的能力有望用于隐形外形设计过程,成为新兴的太赫兹散射特征研究平台.     

New assembly route for three-dimensional metamaterials obtained through effective medium theory

In this study,we illustrate the effective medium theories in the designs of three-dimensional composite metamaterials of both negative permittivity and negative permeability.The proposed metamaterial consists of random coated spheres with sizes smaller compared to the wavelength embedded in a dielectric host.Simple design rules and formulas following the effective medium models are numerically and analytically presented.We demonstrate that the revised Maxwell-Garnett effective medium theory enables us to design three-dimensional composite metamaterials through the assembly of coated spheres which are random and much smaller than the wavelength of the light.The proposed approach allows for the precise control of the permittivity and the permeability and guides a facile,flexible,and versatile way for the fabrication of composite metamaterials.     

THz时域频谱技术中若干效应的研究

在电磁波谱中所处的特殊位置使得THz波在物理、化学、生物医学、电子科学、材料科学、环境监测等领域有着广泛的应用前景。讨论了THz时域频谱技术的若干关键问题：THz发射晶体的双光子吸收、衍射效应和非线性效应（Kerr效应和类Kerr效应）等对THz产生效率的影响,THz辐射脉冲的载波包络相位差,THz小波变换频谱技术,以及利用光子晶体光纤飞秒激光作为激发源对THz时域频谱系统进行小型化和提高能量的方案。     

基于强场太赫兹脉冲的扫描隧道显微镜

纳米尺度上的超快动力学研究对现代纳米技术的应用具有重要的指导意义。太赫兹辐射在电磁波谱中独特的位置使其被广泛应用于各种物性的研究。然而衍射极限的存在限制了太赫兹辐射在纳米和亚纳米尺度上的应用。为了应对这一挑战,太赫兹扫描隧道显微镜（THz-STM）应运而生。通过原子级针尖来增强并束缚住太赫兹辐射,将太赫兹成像的空间分辨率提升了多达6个数量级。为了进一步推动国内THz-STM相关研究的发展,重点介绍了THz-STM的发展历程、基本原理、系统构成以及潜在应用,包括在半导体和单分子中的超快动力学研究,并对该领域的下一步发展进行了展望。     

氧化镁单晶在太赫兹波段的介电特性

利用太赫兹时域光谱系统,在0.5~9.5 THz范围内对氧化镁单晶基片的介电特性进行了研究,并获得折射率、吸收系数以及复介电函数信息。实验数据表明,在低频（ 2 THz）范围内,氧化镁单晶透过性较好,折射率在3.12~3.15之间。折射率和吸收系数均随频率增加而增大,且在3.16 THz和8.11 THz两处存在明显的吸收峰。通过经典的赝简谐振动理论很好地拟合了实验结果,分析了晶体中的横向光学声子振动模式,为氧化镁单晶在宽带太赫兹波段的应用提供了有益参考。     

硅基VO2纳米薄膜光致绝缘体—金属相变的THz时域频谱研究

利用THz时域频谱技术(THz-TDS)研究了硅基二氧化钒(VO₂)纳米薄膜的光致绝缘体—金属相变特性.在连续光激发下前后,观察到了非常明显的THz透过率变化,并通过薄膜近似计算出了THz波段金属态VO₂薄膜的电导率.根据实验结果建立了金属态VO₂薄膜的等效Drude模型,得到了复电导率,复电容率以及复折射率等相关的基本参数,并通过基于时域有限积分法模拟了THz波穿透硅基金属态VO₂薄膜的过程,验证了所建立的模型的正确 关键词： 二氧化钒 光致相变 Drude模型 THz时域频谱技术     

太赫兹时域雷达成像研究

该文在太赫兹时域雷达基础上,通过改进后的后向投影(BP)算法对多种模型进行了系统的成像研究,验证了散射太赫兹时域信号的成像机制.成像结果显示实验实现了分辨6mm的空间间隔;同时理论计算证明太赫兹时域雷达具有0.125mm的横向和0.125mm的纵向分辨率潜力.该文还对后向投影算法所产生的环形中心增强现象进行了分析讨论,并讨论了成像背景圆环的原因与抑制方法.