太赫茲高速寬頻調製技術研究

《太赫茲高速寬頻調製技術研究》是依託電子科技大學,由文岐業擔任醒目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：太赫茲高速寬頻調製技術研究
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：文岐業

項目摘要

太赫茲無線通信技術是太赫茲頻段最具潛力的套用領域之一，尤其適合於星際間通信、短程大氣通信以及室內無線寬頻通信套用，可滿足未來10-20年無線通信技術的需要，因而具有十分重要的套用價值。本項目以太赫茲無線通信技術為研究背景和技術牽引，旨在解決太赫茲通信技術中太赫茲信號高速和寬頻調製的基礎科學和技術問題。通過建立和完善太赫茲波的調製理論和器件模型，研製出高速寬頻太赫茲調製器件，形成太赫茲信號調製最佳技術途徑和實施方案。本項目將通過對基於人工電磁超材料調製器，電控導模共振吸收結構調製器和磁光子晶體調製器的綜合研究，探索光、電、熱和磁控太赫茲調製技術的基本原理和內涵，突破太赫茲信號高速、寬頻和大幅度調製的關鍵瓶頸技術，獲得實現室溫工作、調製速度10Mb/s、頻寬達到10GHz的太赫茲調製技術，為室內以及空間THz高速、寬頻和高保密通信奠定基礎，滿足太赫茲波無線通信發展的迫切需要。

結題摘要

太赫茲電磁頻譜是極為重要的戰略資源，在安檢/醫學成像、高速無線通信和光譜識別等多個領域具有巨大的市場潛力。然而，由於缺乏高質量的傳輸和調控器件，太赫茲套用系統在頻率、速度、集成度和成本等方面還很難滿足市場化的要求。本項目以人工電磁材料、低維納米材料以及新型半導體微納結構為研究對象，揭示了太赫茲波與物質/結構相互作用的基本規律，探索了電、光、熱、磁調控太赫茲波的原理和方法，製備出多種高性能太赫茲材料和調製器件，並實現了系統驗證，滿足了太赫茲套用系統開發急需。 本項目獲得的重要成果及其科學意義在於： (1) 揭示了基於載流子動力學變化與電阻率變化實現太赫茲波調製的基本規律，基於半導體材料和相變材料構建了太赫茲調製器新結構，並形成了熱、光、電控多種太赫茲調控技術方案，獲得了寬頻大幅度太赫茲波調製。成果被領域內學者評價為太赫茲調製的代表性工作，並且“為多個套用領域所急需”。 (2) 揭示了低維材料與太赫茲波相互作用規律，發現了多個新現象和新效應，發展出基於石墨烯等新型低維納米材料實現太赫茲波空間調控的新方法。揭示了影響THz調製器速率、幅度、頻寬、插損等關鍵器件性能機理及其相互制約關係，分別實現了調製速率10MHz量級，調製深度94%，工作頻寬0.2-2THz以及插損低至1.2dB等重要技術指標。相關調製技術被高度評價為 “具有突出的調製深度和速度”，“是獲得更高的太赫茲信號調製性能的另一途徑”。 (3) 提出電子材料與人工結構混合集成構建高速大幅度太赫茲調控器件的新方法，充分利用太赫茲頻段物質的超快現象和過程來實現太赫茲波的高速調製，突破了太赫茲波調製深度和調製速率相互制約的問題。研製出開關速率達到100MHz的高速調製器，並由此構建了通信速率達到50Mbps的太赫茲無線通信系統，實現了高清視頻的實時傳輸。 項目實施過程中，在Adv. Opt. Mater., Nanoscale，Appl. Phys. Lett.等期刊上發表論文60多篇（全部標註）,成果被權威綜述期刊和網站所報導並積極評價。項目公開/授權國家發明專利50項，獲得教育部自然科學1等獎等省部級科技獎勵3項。文岐業教授入選教育部長江學者計畫青年學者，項目培養研究生16人。