前沿 | 超材料主动调制太赫兹波，微流集成技术出新招- 大数跨境

两江科技评论

2020-03-24

导读：天津大学精密仪器与光电子工程学院的姚建铨院士、梁兰菊教授课题组报道了利用微流集成超材料器件，通过改变有机液体浓度实现对THz波主动调制的最新成果，这为制备基于超材料的THz波调制器提供了另一种新的思路

Photonics Research 2019年第12期 Editors' Pick：

Zhang Zhang, Ju Gao, Maosheng Yang, Xin Yan, Yuying Lu, Liang Wu, Jining Li, Dequan Wei, Longhai Liu, Jianhua Xie, Lanju Liang, and Jianquan Yao, Microfluidic integrated metamaterials for active terahertz photonics

由人工亚波长结构单元周期排列组成的超材料因其新颖的光学特性引起了科学界的广泛兴趣。其中，表面等离子体的金属开口谐振环（SRRs）作为超材料的基本组成单元，通过几何结构的设计展现了对太赫兹波（THz）优异的调制特性。

然而，固定的结构使得基于SRRs的超材料很难实现对THz波的主动调制。虽然利用外加电场和光场改变SRRs电磁特性，进而实现主动调制的方法已见诸报道，但是复杂的异质结构制备及光路测试系统也给实验带来了一定的困难。

近日，天津大学姚建铨院士、张璋博士、枣庄学院梁兰菊教授课题组利用微流集成超材料器件，通过改变有机液体浓度实现对THz波主动调制，这为制备基于超材料的THz波调制器提供了另一种新的思路。相关研究成果发表在Photonics Research 2019年第12期上，并被主编选为Editors' Pick。

微流集成超材料对THz波束的主动调制

该项工作将设计的微流道与超材料集成在一起，将含水有机液体作为THz波耗尽层注入到该器件中并使之流动。由于耗尽层中水分子结构的极性引起了THz波的衰减，这种阻尼效应与超材料谐振响应的“并联”式耦合实现了太赫兹波主动调制。通过调节有机液体中的水含量，可以使该器件获得对THz波强度接近90%的调制深度和超过210°的相位调制。

基于连续小波变换的时频联合分析揭示了水含量变化所消耗的能量，并表明水含量的增加产生较小的转动惯量，这可能有利于缩短耗尽层弛豫时间。从根本上讲，这项工作突出了太赫兹器件中水的可利用性，为太赫兹光子学主动调制提供了另一种新的方法。

姚建铨院士、梁兰菊教授相信，该工作成果在新型THz调制器件方面具有重要意义，并且微流道集成方法具有可移植性，对其他功能性的超材料结构设计也同样具有很好的兼容性。

下一步的研究目标是继续深入研究并改善微流道的结构设计及超材料的电磁响应特性，以探索功能更多、性能更好的微流集成超材料调制器及传感器。

End

文献链接：

http://www.clp.ac.cn/EN/Article/OJ1830116ee9adb846

文章来源：中国激光

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