基于Metasurface的THz慢波器件研究

Due to the special physical properties and widely potential applications, THz-wave has attracted great attention and become the focus of study in recent years. Presently, researches on THz key function devices and technologies are specially needed to do, while it is also pointed out in China 12th FIVE year plan as the research direction that need be promptly strengthened. In particular, due to slow-light is important for cache memory, data synchronizing, signal processing, etc., slow-wave devices need be promptly studied. On the other hand, the general control means cannot perfectly manipulate THz wave because of its special properties, while metasurface proposed based on matematerial recently provides a new physic mechanic and produces new physical phenomena different with general structures. In term of these, THz slow-wave devices based on metasurface are proposed in this project. In which, the THz slow-wave devices are designed by the new physical mechanic of metasurface, then related physical nature, properties and structural parameters are explored. Meanwhile, experiments on THz slow-wave devices are also carried on in this project. Surely the developing of the project is helpful to the deeply understanding of physical nature of metasurface and THz slow-wave, and promotion of their applications in space comminication. So far, we have got some experiment on domains including THz and slow-wave devices building the foundation for the going of this project.

THz波物理性质独特应用前景广泛，是近年来各国都极为关注的研究热点；当前，其关键功能器件及技术尤需大量研究工作要做，也是我国“十二五”规划中特别指出需研究方向。其中，由于慢光在缓存、数据同步、信号处理中极为重要，THz慢波器件研究更是具有重要意义且急需展开。另一方面，THz波性质特殊，传统操控手段已难适用，而最近在特异介质基础上提出的超表面(metasurface)开创了新的物理机制和涵义，能带来不同于一般结构的特异物理现象。由此，本项目提出基于超表面的THz慢波器件研究，以超表面新物理机制为基础，构建THz慢波器件并利用数值方法对其物理机理、特性规律、参数条件进行研究，同时在实验上展开相应工作。项目的开展对深入理解超表面及THz慢波物理本质、推动THz在不同领域尤其是空间通信上的应用具有十分积极意义。目前我们已经在THz及慢波器件的研究方面积累了相关经验，为本项目的开展打下了基础。

项目提出基于超表面的THz慢波器件研究，以超表面新物理机制为基础，构建THz慢波器件并利用数值方法对其物理机理、特性规律、参数条件进行研究，同时在实验上展开相应工作。 目前，该项目已顺利完成。 项目在对THz 慢光器件的研究中发现，不同THz 波长可减慢局域在一维金属渐变光栅的不同地方形成rainbowtrapping 效应，更为重要的是，不同的频带能在同一结构中形成对应着不同阶次模式的rainbow traping，因此可以通过频率范围选择来获得单模输出，这种现象目前未在一般介质波导和金属波导中发现。 更进一步，项目对光栅结构在THz反激光器和THz单向传输器件中的研究也作了进一步拓展。研究发现，THz光栅反激光器比单层介质反激光器具有更好的特性，通过调节其参数，可以实现较宽工作波长范围的反激光特性。基于光栅结构，灵活的单向隐身/反射器件也得以实现。. 另外，我们着重对V形天线阵列超表面作了研究，首先研究了其异常折射、聚焦及相位变化规律，并在实验上实现了结构制备及特性测量；基于其相位变化规律，理论预测了所设计结构的类EIT慢光效应，相关结构制备及特性测量正在进展中。. 项目负责人以该课题基金号发表第一作者/通信作者SCI论文2篇，录用EI论文一篇，更深入的研究正在进展中。 项目的开展对深入理解超表面及THz传播物理本质、推动THz在不同领域尤其是空间通信上的应用具有十分积极意义。