太赫兹超常材料及应用

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1、撒光与电子学进展Laser&OptoelectronicsProgress~2010中国激光杂志社doi：10．3788／lop47．051601太赫兹超常材料及应用方安乐戴小玉凌晓辉文双春范滇元(湖南大学计算机与通信学院微纳光电器件及应用教育部重点实验室，湖南长沙410082)摘要超常材料具有人工发汁的结构，并有自然材料所不具备的超常物理性质。超常材料的电磁响应灵活可调，对太赫兹(THz)技术意义非凡。THz超常材料的实现和迅速发展为太赫兹技术的发展和应用带来了新的机遇。总结了THz波段超常材料的研究进展，包括THz波段超常材料的构造及制备、基于超常材料的THz波器件以及超常材料在THz波技

2、术中的其他应用。关键词超常材料；太赫兹(THz)；负折射；光子晶体中图分类号0451OCIS160．3918040．2235文献标识码AMetamaterialsatTerahertzandTheirApplicationsFangAnleDaiXiaoyuLingXiaohuiWenShuangchunFanDianyuan(KeyLaboratoryofMicro／NanoOptoelectronicDevices，Min&tryofEducation，SchoolofComputerandCommunication，HunanUniversity,Changsha，Hunan410082

3、，China)AbstractMetamaterialshaveartificiallystructuredcompositeandnovelelectromagneticpropertiesnotavailableinnaturalmaterials．Theelectromagneticresponseofmetamaterialscanbetunedflexibly，andthisisespeciallyimportantfortheterahertz(THz)technology．TherealizationanddevelopmentofTHzmetamaterialsprovidea

4、nopportunityforthedevelopmentandapplicationofTHztechnology．TheresearchprogressesonthemetamaterialsatTHzaresummarized，includingdesign，preparation，functionaldevicesandotherapplications．Keywordsmetamaterial；terahertz(THz)；negativerefraction；photoniccrystal1引言超常材料指的是一些具有人工设计的结构，并呈现出自然材料所不具备的超常物理性质的复合材料，

5、主要包括光子晶体、左手材料、超磁性材料等。从本质上讲，超常材料更是一种新颖的材料设计思想，这一思想的基础是通过在多种物理结构上的设计来突破某些表观自然规律的限制，从而获得超常的材料功能。最奇特的超常材料是左手材料，又称负折射率材料。负折射率超常材料的介电常数和磁导率都为负，折射率取负值，电磁波在这种材料中传播时，其波矢、电场和磁场形成不同于传统右手关系的左手关系。左手材料最初在微波段实现，得益于纳米制造技术和亚波长成像技术的发展，最近，实验上证实可以在红外和光学波段实现负折射。超常材料的应用研究在新型无线通信、光通信、雷达、超分辨率成像、电磁隐身技术等许多领域得到快速发展。超常材料所展现出的新

6、奇的电磁特性主要源自它的亚波长结构，而不是材料的本征属性，人们可以通过改变其微结构的形状、尺和排列方式等来调控它对电磁波的响应强度和频谱范围。正是由于超常材料收稿日期：2009．05．06；收到修改稿日期：2009．08—08作者简介：方安~,(1983-)，男，博士研究生，主要从事新型光子材料与光通信器件等方面的研究。E—mail：chichister@163．com导师简介：文双春(1966-)，男，教授，博士生导师，主要从事非线性光学和光子学技术等方面的研究。E—mail：scwen@hnu．ca051601．1嫩与光电孑字进展www．opticsjourna1．net在0．72THz频

7、段由于共振的增强使得THz波的透射强度下降了50％，并且在1．25THz的共振处，其透射强度也随着反向偏压的增大而减小，因此该装置可作为一个窄带THz调制器，并可在室温的环境下运行。这种新器件的性能超越了现有的电子太赫兹调制器，其效率相对于现有的THz调制器增加了一个数量级。相信可通过对该装置的微结构单元和基底参数进行优化，以降低器件的等效电容和电阻，从而实现对更高频THz波的调制。卜L图6(a)