《太赫茲波段動態亞波長光子器件的原理與設計》是依託首都師範大學，由張岩擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：太赫茲波段動態亞波長光子器件的原理與設計
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張岩
- 依託單位：首都師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
利用金屬材料製作的微結構可以有效地調控複合材料的電磁特性，實現對電磁波譜的裁剪和波前控制。在太赫茲波段，一些半導體材料的特性在外激勵（光，溫度，磁場，電場等）的作用下可以明顯地改變，甚至發生介質-金屬的相變。本項目將金屬和此類半導體相結合，製作外場可控的亞波長光子器件，利用太赫茲時域光譜和成像技術研究外場激勵下這類器件的電磁回響特性，利用飛秒泵浦太赫茲成像探測技術探測半導體微結構的光生載流子的時間空間分布特性，探索微結構的大小，形狀，分布以及周邊介質介電分布影響器件電磁特性的基本規律，揭示外場控制下微結構器件特性調控的物理機理，為最佳化設計動態可控的太赫茲波段亞波長光子器件奠定基礎。本項目的順利完成將使利用亞波長量級的光子器件對電磁波進行動態調控成為可能，不僅可以用在高密度存儲、高分辨顯微，還可以套用在軍事動態高分辨成像等方面。
結題摘要
由於太赫茲波段的長波特性，傳統的光學器件尺寸大，重量高，不利於太赫茲系統的集成和便攜。金屬亞波長天線結構可以有效地同電磁波發生相互作用，在亞波長尺度內對電磁波的振幅、相位以及偏振態進行調控，實現對電磁波譜的裁剪和波前調控。在太赫茲波段，一些半導體材料的光學性質可以在外加激勵的作用下明顯改變，從而改變其與太赫茲波的相互作用，實現外場可控的太赫茲波段亞波長光子器件。 主要研究內容有：（1）半導體材料的選擇。探索了矽、砷化鎵以及砷化銦等半導體晶體，最終選擇高阻矽作為器件的製備材料。（2）在VO2薄膜上製備了金屬微結構，利用熱效應實現太赫茲聚焦作用的開關。（3）在金屬膜上製作了微結構，實現太赫茲表面電漿波的偏振選擇性聚焦。（4）利用空間光調製器調製泵浦光，在矽片表面產生光生載流子的動態分布，實現對太赫茲波的振幅、相位以及偏振的動態調控。（5）發展太赫茲超表面器件的表征手段，探索器件的套用。 主要成果有： （1）太赫茲超表面器件的表征系統。自主研發了太赫茲焦平面成像系統，同時探測太赫茲波前的振幅、相位、頻率以及偏振信息，為器件的表征提供了有力工具。自主研發了太赫茲表面電漿波成像系統，直接表征太赫茲表面電漿波的振幅和相位，該系統可以實現近18微米的近場解析度。 （2）金屬亞波長結構對太赫茲波譜的調製作用。研究了金屬H型狹縫對太赫茲透射譜的調控作用，發現了狹縫的周期等於表面電漿波的波長的整數倍時共振透過會增強，但是金屬狹縫的對稱性可以控制金屬狹縫的共振模式，可以通過結構的對稱性調控某些共振模式，為調節太赫茲光譜提供了一個新參數。 （3）太赫茲超表面平板光學器件。利用天線共振調製透過光波的振幅、相位、偏振等信息，實現超薄的光學器件。在太赫茲領域實現了厚度為工作波長1/4000的光學透鏡、全息元件，衍射光學元件，偏振片以及偏振分束元件等器件。 （4）太赫茲空間調製技術。利用空間光調製器將太赫茲全息圖案投影到矽片表面，矽表面的光生載流子形成太赫茲強度調製全息圖，衍射太赫茲波，實現任意偏振、振幅和相位的太赫茲光場輸出。 本項目發表SCI論文37篇，工作得到了Science，Nature Photonics，Nature Communications等期刊的引用，為推動太赫茲系統的小型化和集成化提供了基礎。表征系統的工作榮獲2014年國家產學研合作創新成果獎。
