专栏:新型太赫兹超材料功能器件及其应用2024(4)

发刊词

新型太赫兹超材料功能器件及其应用专栏·发刊词 

 

专栏主编:王玥 (西安理工大学)

专栏编委:程洁嵘(南开大学),贺训军(哈尔滨理工大学),徐新龙(西北大学),王化斌(中国科学院重庆绿色智能技术研究院),赵晓光(清华大学)

太赫兹(THz)波段是电磁频谱中的一个重要区域,其频率介于微波和红外之间,具有许多独特的特性,例如穿透力强、非电离性、对生物组织无害等。随着太赫兹技术的不断创新和发展,由于传统太赫兹功能器件面临尺寸大、功耗高以及集成度低等不足,因而针对太赫兹超材料功能器件的研究逐渐成为焦点。太赫兹超材料是一种人工设计结构,具有尺寸小、重量轻、性能可调、响应速度快等优势,能够有效调控太赫兹波的传播和相互作用。因此,深入开展新型太赫兹波超材料功能器件的创新性研究对弥补小型化、便携式、集成化太赫兹功能器件的不足具有重要的科学意义和实用价值,也将进一步推动太赫兹技术在医学、安全、通信、传感等领域的应用。

为此,本专栏邀请了多位在太赫兹超表面功能器件及其应用领域深耕的专家担任编委,组织征稿,旨在报道新型太赫兹波超材料功能器件领域最新的研究成果,实现该领域内最新进展的互通互享。

本次专栏覆盖面广,既有对传统生物化学物质太赫兹光谱检测技术、太赫兹波超材料偏振器的最新阐述,又有基于石墨烯、碳纳米管薄膜等新型纳米材料的新型太赫兹超材料功能器件设计理念的最新研究。

在此,我们对关心并支持本专栏出版的各位领导、组稿专家学者,以及积极参与本专栏征文工作的各位作者致以诚挚问候和衷心感谢!

专栏主编简介

王玥,西安理工大学教授,博士生导师,陕西省高校青年创新团队负责人,《太赫兹科学与电子信息学报》第一届青年编委会委员,OSAACS 会员和中国电子学会太赫兹分委会委员。 主要从事太赫兹微纳超材料功能器件及其传感应用研究。近 5 年主持国家自然科学基金、省自 然基金重点项目、省级创新团队项目等多个项目。发表 SCI 学术论文 60 余篇,其中 4 篇封面/封底论文,授权国家发明专利 10 项,获省部级等科研奖励 2 项,在国内外学术会议做邀请报告 10 余次。

文章列表

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  • 1  基于SWCNTs薄膜的多谐振环太赫兹超表面传感特性
    张向,罗帆,任铭欣,宋博晨,王玥
    2024, 22(4):353-359. DOI: 10.11805/TKYDA2023332
    [摘要](184) [HTML](126) [PDF 4.88 M](670)
    摘要:
    基于单壁碳纳米管(SWCNTs)薄膜,构建了一种具有多频窄带共振效应的新型太赫兹(THz)超表面。深入分析了周期性微结构单元参数对超表面的共振特性的影响;通过仿真及理论计算对器件的共振耦合机理进行研究,二者具有较好的一致性。通过在超表面覆盖不同折射率的介质层,分析这种THz超表面器件的折射率传感特性,灵敏度分析结果显示,该超表面器件可实现最高64 GHz/RIU的折射率传感。
    2  基于方形开口环的太赫兹偏振转换器设计
    聂梦雪,张天宇,谢裴曜,刘盛纲,胡旻
    2024, 22(4):360-364. DOI: 10.11805/TKYDA2023391
    [摘要](177) [HTML](73) [PDF 1.87 M](684)
    摘要:
    基于方形开口环与金属棒组合的超材料结构,提出一种新型透射式太赫兹偏振转换器件。研究了基本结构单元的不同组合方式对偏振转换特性的影响,并通过优化结构单元的相关参数,提高了偏振转换功能的工作带宽。最终在0.45~1.30 THz范围内实现了高效的X-Y方向交叉极化偏振转换,有望用于集成化太赫兹偏振转换器件的研究和应用中。
    3  基于石墨烯太赫兹超表面的特殊波束动态调控
    鲁金梁,王序峰,王东杰,贺训军
    2024, 22(4):365-372. DOI: 10.11805/TKYDA2023399
    [摘要](178) [HTML](112) [PDF 6.89 M](669)
    摘要:
    现有的大多数特殊波束(聚焦波束、艾里光束等)超表面通常采用金属结构单元,通过改变单元结构的尺寸和旋转角度等方式进行单一的波前调控,但对动态调谐波前的特殊波束超表面的研究很少。本文突破传统结构的壁垒,利用石墨烯独特的电可调性,构造出利用石墨烯费米能级动态调控波前的特殊波束超表面,可在动态调控波前上实现更灵活的自由性,满足更多、更复杂的相位需求。通过调控石墨烯费米能级获得不同的相位分布,动态调控焦点的空间位置、聚焦开关与焦点个数之间的切换以及影响艾里光束的参数等。所提出的动态调控波前特殊波束超表面可为太赫兹在高分辨成像、聚焦可调平面透镜、光学显微操作、激光微加工、光学子弹成型等方面的应用提供参考。
    4  基于石墨烯Tamm等离子体激元的太赫兹强耦合效应
    谢金霖,张天宇,胡旻
    2024, 22(4):373-377. DOI: 10.11805/TKYDA2023433
    [摘要](115) [HTML](58) [PDF 3.55 M](606)
    摘要:
    设计了一种全新的一维石墨烯-光子晶体(PhC)复合谐振结构,使用传输矩阵法(TMM)对其所支持的太赫兹Tamm等离子体激元(TPP)和腔体模式(CM)之间的强耦合效应进行理论研究。研究表明,用于表征耦合强度的Rabi分裂能随着光子晶体周期数的减小而增大;改变间隔层和腔体厚度以及石墨烯的费米能级时,也会影响Rabi分裂能。最后通过入射角度对耦合模式进行主动调控,当入射角处于0°~60°时,耦合模式的特性与偏振无关。本文的研究结果为太赫兹强耦合效应的研究和应用提供了新的思路。
    5  高灵敏度太赫兹超材料对于生物组织切片的研究
    丛梦杨,石文洁,邱建峰
    2024, 22(4):378-384. DOI: 10.11805/TKYDA2023420
    [摘要](168) [HTML](86) [PDF 3.45 M](610)
    摘要:
    太赫兹波在生物医学领域具有非电离、无标签、实时等优点,因此在该领域具有巨大的发展潜力。为了解决介电常数相近的生物组织之间的区分问题,设计并制造了一种具有Fano共振特性的超材料,并进行太赫兹反射成像实验。模拟和实验结果显示,在0.82 THz下,该超材料的反射灵敏度达到132 GHz/RIU。该超材料不仅可以提高标准成像分辨率板的对比度,还可以将肌肉组织和脂肪组织之间对比度提高约7.5%。这些结果表明,该超材料能够显著提高生物组织切片图像的对比度,为今后太赫兹应用于临床组织样本奠定了实验和理论基础。
    6  太赫兹光谱结合机器学习的甜味剂检测
    钟芸襄,张然,熊子仪,邹斌,杨玉平
    2024, 22(4):385-393. DOI: 10.11805/TKYDA2023284
    [摘要](100) [HTML](85) [PDF 3.75 M](563)
    摘要:
    以三氯蔗糖、赤藓糖醇、木糖醇3种人工甜味剂为研究对象,采用太赫兹时域光谱技术,结合多种机器学习和优化算法对甜味剂与面粉混合物的光谱数据进行系统的分类识别和定量回归研究。结果表明,麻雀搜索算法-支持向量机模型/支持向量回归模型(SSA-SVM/SVR)对混合物的定性及定量分析结果均达到最优,分类预测的准确率达到95.56%,定量回归预测的最佳回归系数R2为0.999 8,实现了3种甜味剂和面粉混合物的高精确度分类和定量分析,为人工甜味剂的快速检测提供了一种有效可靠的新思路。

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