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太赫茲波傳輸和調控功能器件

太赫茲（THz）科學技術既是重大的基礎科學問題，也是國家的重大需求。然而，作為一段全新的的電磁波譜，實現THz波傳輸與控制的相關器件極為匱乏，大大限制了THz科學技術的發展及應用。本項目提出了THz波物質探測、低損傳輸、高速控制的新理論和新技術，研制出多種實用化THz功能器件。本項目的主要成果包括：(1) 提出了THz波吸收的理論模型，研制出吸收率達到85%以上的窄帶、多帶和寬帶太赫茲吸收材料，解決了傳統電磁波吸收材料無法有效工作于THz頻段的技術難題；(2)提出“人工電磁結構”與“電子功能材料”相結合構建可調諧太赫茲功能器件的思想，研制出開關速率達到0.1ms的太赫茲開關、調制速率達到10Mbps的太赫茲波調制器，帶內透射達到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的深能級摻雜技術和石墨烯二維晶體材料，研制出寬帶太赫茲波空間調制器，開關速率達到5MHz，空間調制面積達到3英寸，為提高太赫茲成像速率和分辨率奠定了基礎；(4)提出極化約束實現太赫茲波導低損耗傳輸的新概念。基于“聚合物空芯波導”與“周期性金屬光柵結構”的集成，研制出一種雙面光柵聚合物空芯波導實現了單模的傳輸,大幅度降低太赫茲傳輸損耗到0.68dB/m，達到了實用化的要求。這一研究成果既加深了對THz波譜特性和基本物理現象的理解，也解決了THz傳輸、控制、波譜識別和應用成像的多個關鍵科學問題。本項目成果的實施，可望實現載波300GHz以上高速無線通信，為太赫茲波無線通信、雷達探測、醫療診斷以及以及波譜成像等應用系統提供了重要的技術支撐。在Appl. Phys. Lett., Sci. Rep., Opt. Lett., Optics Express, J. Opt. Soc. Am.等國際主流期刊上發表SCI 論文66 篇。申請國家發明專利22 項，已授權專利7 項，獲得教育部自然科學一等獎1項。跟國內外綜合比較，本項目的研究成果總體上處于國際先進水平，對推動太赫茲科學快速進入實際應用領域具有重要的科學意義。

電子科技大學 2021-04-10

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