太赫兹波超材料近场调控研究新进展

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超材料所具有的奇特电磁特性主要是来自于其金属图形结构及尺寸，它可以实现对电磁波的远场传输调制。另一方面，入射电磁辐射与合理设计的金属短线或 开口谐振环阵列等超材料耦合作用后可以在工作频率处激发局域表面等离子体谐振、在金属短线狭缝或谐振环开口附近形成极度增强的近场（或称“热点”），其局 域电场强度远高于入射场；这种不寻常的近场分布会产生增强的光与物质相互作用，它可应用于表面增强拉曼散射、光传感、以及非线性效应。
           
          武汉光电国家实验室光电子器件与集成功能实验室的博士生孟德佳、赖建军研究员、陈长虹教授（通讯作者）提出了一种太赫兹波混合超材料，并在实验上与激光与太赫 兹功能实验室的王可嘉副教授以及美国德州理工大学的Z. Fan教授等人合作、验证了VO2的热温度相变可以实现对金属开口谐振环超材料的近场强度与“热点”尺寸的主动调控。所设计的太赫兹波混合超材料能够用来 操控光与物质相互作用，它具有以下的优点：
          （1）可双频带选频或调谐工作；
          （2）对不同的近场耦合所导致的工作频率漂移具有补偿能力；
          （3）可有效地避免由辐射场引起的VO2击穿，提高了器件的可靠性。
           
          2015年4月15日，该研究成果“太赫兹波混合超材料可调控的近场强度及尺寸” （Controllable near-field intensity and spot size of hybrid terahertz metamaterial）发表在Optics Letters （Vol. 40, Iss. 8, PP. 1745-1748, 2015）；该项研究工作得到国家自然科学基金（Grant Nos. 61176064、61474051）的资助，VO2薄膜生长与器件工艺是在美国科学基金（ECCS-1128644）支持下完成。
           

       

       

图 太赫兹波混合超材料在不同温度下的远场

透射谱、

近场强度与“热点”尺寸的调控