新型手征人工电磁媒质在太赫兹波段下的特性研究

基于负介电函数和负磁导率的所谓双负型人工电磁媒质通常具有较大的损耗特性，引入手征特性的手征人工电磁媒质（Chiral Metamaterials，CMs）不仅开启了实现负折射率的新兴途径，而且具有旋光性的三维CMs比通常的人工电磁媒质具有更为丰富的电磁学现象。本项目主要研究这一新型的人工电磁媒质在太赫兹波段下的基本特性。包括：以三维金属微结构制备技术和THz透射反射时域光谱测量系统为研究平台，结合数值模拟计算和理论分析，设计研制THz波段下的新型三维CMs结构。系统研究分析CMs在THz波段内的传输、反射、旋光、有效折射率等电磁学特性，发现其丰富奇特的物理现象，揭示其内在规律和机理，形成THz波段CMs的从设计、制备、测试和分析的基础理论和关键技术。产生CMs的超强手征特性，实现THz波段下的负折射率。在基本特性研究基础上，探索新型THz功能器件关键技术。

太赫兹人工电磁媒质的研究是当前国际科学研究的前沿，探索人工电磁媒质的新现象、新规律和新物理，如负折射率特性、手征特性等等，进而利用这些特性发展新型的太赫兹功能器件是这一前沿研究领域的核心内容之一。基于此，本项目主要开展了如下研究工作：（1）太赫兹手征人工电磁媒质的数值模拟、设计、制备和表征的基础研究；（2）人工电磁媒质的外场依赖特性和非线性特性的研究；（3）基于人工电磁媒质的新型太赫兹功能器件的实现。研究取得了一系列重要的成果，主要有：(1)提出了太赫兹波段下三维手征人工电磁媒质结构的设计，并实现负折射率；（2）系统研究并分析了太赫兹波段下的人工电磁诱导透射现象的物理本质，发展了一系列基于人工电磁媒质的太赫兹电磁诱导透射新现象和新规律，并在国际上首次实现了太赫兹波段下的光泵主动式电磁诱导透射；（3）利用人工电磁媒质实现了对太赫兹波的偏折和聚焦效应；（4）基于人工电磁媒质发展了新型的太赫兹偏振功能器件，推动了手征研究的进一步发展；基于人工电磁媒质发展了系列太赫兹滤波功能器件。项目在《Nature Communications》、《Advanced Materials》、《Optics Letters》、《Applied Physics Letters》等国际一流期刊发表SCI论文20篇，相关研究工作受到国内外同行的广泛关注，并被美国材料协会、nanotechweb.org等多家媒体报道，并受邀在国内外重要会议做报告。