太赫茲波傳輸和調(diào)控功能器件
太赫茲(THz)科學(xué)技術(shù)既是重大的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題,也是國(guó)家的重大需求。然而,作為一段全新的的電磁波譜,實(shí)現(xiàn)THz波傳輸與控制的相關(guān)器件極為匱乏,大大限制了THz科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用。本項(xiàng)目提出了THz波物質(zhì)探測(cè)、低損傳輸、高速控制的新理論和新技術(shù),研制出多種實(shí)用化THz功能器件。本項(xiàng)目的主要成果包括:(1) 提出了THz波吸收的理論模型,研制出吸收率達(dá)到85%以上的窄帶、多帶和寬帶太赫茲吸收材料,解決了傳統(tǒng)電磁波吸收材料無(wú)法有效工作于THz頻段的技術(shù)難題;(2)提出“人工電磁結(jié)構(gòu)”與“電子功能材料”相結(jié)合構(gòu)建可調(diào)諧太赫茲功能器件的思想,研制出開關(guān)速率達(dá)到0.1ms的太赫茲開關(guān)、調(diào)制速率達(dá)到10Mbps的太赫茲波調(diào)制器,帶內(nèi)透射達(dá)到80%的太赫茲帶通濾波器,以及高效太赫茲功率衰減器;(3)基于高阻Si的深能級(jí)摻雜技術(shù)和石墨烯二維晶體材料,研制出寬帶太赫茲波空間調(diào)制器,開關(guān)速率達(dá)到5MHz,空間調(diào)制面積達(dá)到3英寸,為提高太赫茲成像速率和分辨率奠定了基礎(chǔ);(4)提出極化約束實(shí)現(xiàn)太赫茲波導(dǎo)低損耗傳輸?shù)男赂拍睢;凇熬酆衔锟招静▽?dǎo)”與“周期性金屬光柵結(jié)構(gòu)”的集成,研制出一種雙面光柵聚合物空芯波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了單模的傳輸,大幅度降低太赫茲傳輸損耗到0.68dB/m,達(dá)到了實(shí)用化的要求。 這一研究成果既加深了對(duì)THz波譜特性和基本物理現(xiàn)象的理解,也解決了THz傳輸、控制、波譜識(shí)別和應(yīng)用成像的多個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。本項(xiàng)目成果的實(shí)施,可望實(shí)現(xiàn)載波300GHz以上高速無(wú)線通信,為太赫茲波無(wú)線通信、雷達(dá)探測(cè)、醫(yī)療診斷以及以及波譜成像等應(yīng)用系統(tǒng)提供了重要的技術(shù)支撐。在Appl. Phys. Lett., Sci. Rep., Opt. Lett., Optics Express, J. Opt. Soc. Am.等國(guó)際主流期刊上發(fā)表SCI 論文66 篇。申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利22 項(xiàng),已授權(quán)專利7 項(xiàng),獲得教育部自然科學(xué)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)。跟國(guó)內(nèi)外綜合比較,本項(xiàng)目的研究成果總體上處于國(guó)際先進(jìn)水平,對(duì)推動(dòng)太赫茲科學(xué)快速進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的科學(xué)意義。
電子科技大學(xué)
2021-04-10