超表面太赫茲自旋霍爾元件的研製與表征

《超表面太赫茲自旋霍爾元件的研製與表征》是依託首都師範大學，由王新柯擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超表面太赫茲自旋霍爾元件的研製與表征
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王新柯
• 依託單位：首都師範大學

項目摘要

太赫茲光譜與成像技術作為新興的光學測量手段，已經在眾多科研和工業領域顯示了其巨大的套用價值，因此人們對太赫茲系統小型化、集成化、多功能化的需求就愈發迫切。基於金屬亞波長結構對電磁波的特殊調製作用，超表面元件的出現為增強太赫茲系統的實用性提供了全新的發展方向。本項目將基於光子自旋霍爾效應，通過天線共振理論和矢量光學算法對金屬亞波長結構在太赫茲波段的偏振選擇特性進行研究，進而利用衍射光學元件設計方法研製具有多角度折射、多焦點聚焦、相位全息和渦旋相位板等功能的超表面太赫茲自旋霍爾元件。本項目將通過微加工光刻技術對所設計的超表面元件進行製備，並利用太赫茲時域光譜和成像系統對其性能進行表征。本項目的順利實施，將發展超表面太赫茲元件的設計理論，拓寬太赫茲技術的套用領域，推動太赫茲技術的市場化進程。

結題摘要

太赫茲技術作為新興的遠紅外光學檢測、通信、調製手段，已經在眾多科研和工業領域顯示了其巨大的套用價值。當前，人們對實用化的太赫茲系統需求十分迫切，而太赫茲波段基礎調製元件的匱乏嚴重阻礙了太赫茲技術的發展。本項目旨在基於金屬亞波長結構對電磁波的特殊調製作用，開發一系列超表面太赫茲調製器件，實現對於太赫茲波前的多功能調製。隨著本項目的順利實施，項目組設計了多種類型的亞波長金屬結構，例如棒型、C型、V型、十字型等，將超表面器件的調製效率從2%提高至40%，實現了對太赫茲波的多維度調製，例如振幅、相位、頻率、偏振等。在此基礎上，項目組利用相位恢復算法，研發了一系列太赫茲超表面器件，實現了對於太赫茲波前的多功能調製，例如偏振復用、空分復用、頻分復用、溫控器件、光控器件、以及特殊光束模式轉換等功能。同時，項目組搭建了一套太赫茲成像系統，實現了對超表面器件的功能表征，對太赫茲表面波的傳播過程進行了測定，並利用此系統對不同類型的太赫茲特殊光束矢量衍射過程進行了表征。並且，項目組研究了半導體材料的相干聲子動力學過程以及光致載流子的輸運過程，為進一步研發可控半導體超表面器件，提供理論與實驗指導。本項目的順利實施，對於太赫茲波段超表面器件的研發起到了極大的推動作用，對於超表面理論的進步、小型化集成化太赫茲系統的開發具有積極意義，為最終將太赫茲系統工程化、商業化奠定基礎。