太赫茲三維隱身介質的基礎理論和關鍵技術研究

《太赫茲三維隱身介質的基礎理論和關鍵技術研究》是依託天津大學，由張偉力擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：太赫茲三維隱身介質的基礎理論和關鍵技術研究
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：張偉力
• 依託單位：天津大學

項目摘要

隱身介質是光子學領域最前沿的基礎研究之一，是新一代隱身技術實現突破性進展的關鍵，在國土安全、航空航天、寬頻通訊、和天體物理等領域具有重大套用前景和科學意義。本項目研究太赫茲三維隱身介質，一方面太赫茲波是備受矚目的新的電磁波段，具有高精密、高可重複性微電子加工和相干時域光譜表征等其他波段所不具備的實現三維隱身介質的獨特研究手段；同時，太赫茲三維隱身理論和關鍵技術可推廣用於其他波段隱身介質的研究。本項目擬採用理論分析、數值仿真、結構設計和實驗驗證相結合，重點研究透射式、反射式和吸收式系列三維隱身介質。採用變換光學理論並結合數值仿真，實現三維隱身介質的結構最佳化設計；研究三維新型人工隱身介質的樣品製備和動態相干光譜表征。通過系統分析隱身介質在太赫茲波段的系列光學特徵和新現象，揭示其內在的物理機理和規律，建立太赫茲三維隱身介質的理論體系，獲得從設計、製備、到實驗表征的系列關鍵技術和新方法。

結題摘要

隱身介質是光子學領域最前沿的基礎研究課題之一，是新一代隱身技術實現突破性進展的關鍵，在國土安全、航空航天、寬頻通訊和天體物理等領域具有重大套用前景和科學意義。本項目課題組按照預定的研究計畫，在內部開展了高效而緊密的分工和合作，對外開展了密切的國內外學術交流。從理論、數值和實驗三個方面，對透射式、反射式和吸收式太赫茲三維隱身介質開展了深入而系統的研究。提出了基於變換光學、雙折射效應、完美吸收體以及編碼散射等原理的隱身方案，並在太赫茲波段成功地驗證了三維隱身，形成了太赫茲三維隱身研究的一整套研發流程，並建立起高水平的相關研究平台。所取得的重要成果包括：（1）系統研究了太赫茲透射式隱身，提出了基於壓縮旋轉變換介質的新型透射式隱身方法，實現了對太赫茲波傳播速度的主動調控；利用二維材料石墨烯，實驗發現對太赫茲波主動調控的“二極體”效應，相關研究成果入選“2015中國光學重要成果”；（2）系統研究了太赫茲反射式隱身，國際上首次實現了毫米量級太赫茲波段的準三維反射式隱身；提出了基於編碼超材料的新型隱身機制，有效地降低了隱身材料的太赫茲反射效應，實現了寬頻反射式隱身；（3）系統研究了太赫茲吸收式隱身，利用重摻雜p型矽片，並將材料吸收和超材料相結合，成功實現了多種寬頻高吸收率的太赫茲吸波超材料。相關研究成果總計發表期刊和會議論文185篇，發明專利35項，其中眾多亮點工作發表在以《Nature Communications》、《Science Advances》、《Advanced Materials》和《Light: Science & Applications》等為代表的高水平期刊上。相關研究工作受到國內外同行廣泛關注，多次受邀在國內外會議做邀請報告。項目實施期間，課題負責人張偉力教授入選了OSA Fellow，課題組3人次入選了國家自然基金委“優青”項目， 3人次入選了教育部“青年長江學者”。本項目培養了博士、碩士研究生60名。本項目的研究不僅全部實現了預定的研究目標，而且推動了太赫茲器件技術和其他波段超材料的研究和發展。