基于氧化铟纳米薄膜及金属线栅的特性, 利用紫外激光诱导以金属线栅为衬底的氧化铟纳米结构, 研究其对于太赫兹偏振透射的调制特性。 实验中在金属线栅上滴入溶于乙醇的氧化铟溶液, 并使溶液恰好浸润在金属线栅缝隙中, 同时将加热台的温度调至340 ℃, 对金属线栅中的氧化铟进行热退火。 结果表明, 氧化铟-金属线栅线长方向与太赫兹电场偏振方向垂直时, 在低强度紫外光的照射下, 该样品对太赫兹的透射强度有较为明显的衰减, 当紫外光功率密度为7 mW·cm-2时, 样品对太赫兹的调制深度可达71%; 当氧化铟-金属线栅线长方向与太赫兹电场偏振方向平行时, 紫外光激发下的样品对太赫兹的调制效果明显减弱, 当紫外光功率密度为7 mW·cm-2时, 调制深度约为20%。 氧化铟纳米薄膜中存在的氧空位, 使该材料对紫外光具有特殊响应。 在无紫外光照射下, 样品环境中的氧气分子被吸附到氧化铟表面, 由于化学反应生成O2-离子态。 当用光子能量大于氧化铟禁带宽度的紫外光激发样品时, 在氧化铟表面激发出电子空穴对, 空穴会被氧化铟表面的O2-离子态和缺陷态束缚, 从而释放电子到导带, 增强了样品的电导率。 在太赫兹波频段内, 透过氧化铟样品的太赫兹强度与氧化铟电导率有很好的相关性。 金属线栅利用金属表面可存在的自由电子的振荡, 使电场方向与线栅方向平行的太赫兹偏振光激发电子沿线栅方向振荡, 当电子与金属晶格中的原子碰撞时, 此偏振光发生衰减并伴随辐射; 而电场方向与线栅方向垂直的太赫兹偏振光, 由于周期性结构的限制, 无法激发自由电子振荡, 主要表现出透射特性。 结合氧化铟的表面缺陷特性, 紫外光可实现作为氧化铟-金属线栅结构的光控偏振开关作用, 氧化铟-金属线栅结构偏振器能很好地应用于太赫兹波频段的光控偏振调制。

有机光电材料具有制备成本低、加工难度小、易于工业化生产等特点,已经广泛应用于平板显示、照明、光伏电池等工业领域,近年来也广泛应用于太赫兹波动态调制的研究中。本研究主要综述了基于有机光电材料的太赫兹波调制器件的研究进展,分析了光调制及电调制两种调制方法的原理和优缺点,介绍了近几年来将有机光电材料应用于太赫兹波调制所取得的一系列科研成果。有机光电材料可以为实现太赫兹调制器件提供新的研究思路。

研究了利用太赫兹时间分辨系统研究有机卤化物钙钛矿薄膜(CH3NH3PbI3 and CH3NH3PbI3-xClx)的皮秒尺度的超快太赫兹调制特性.在光激发作用下出现了太赫兹透射波的瞬时下降.相比于CH3NH3PbI3薄膜, 在光激发作用下CH3NH3PbI3-xClx薄膜展现了更高的调制深度(10%).通过测算材料的电导率及载流子浓度, 其调制机理为瞬态光激发载流子浓度上升.实验结果表明, CH3NH3PbI3-xClx薄膜可作为一种高效超快太赫兹调制器件.

利用太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)分别研究了2,4-, 2,5-, 3,4-, 3,5-二硝基苯甲酸的吸收谱.实验结果表明, 4种同分异构体的吸收光谱在红外波段(1 400~1 800 cm-1)表现出相似性, 而在太赫兹波段(0.3~2.2 THz)却存在非常明显的区别.利用密度泛函理论(DFT)对4种物质的吸收频谱进行计算, 并根据计算结果对吸收光谱的相似性和差异性进行解释.太赫兹时域光谱技术为鉴别物质的同分异构体提供了一种可行的手段.

本文通过 K. Artmann的稳定位相理论对古斯汉欣(Goos-H.nchen, GH)位移进行了定性解释和定量分析; 总结了国内外相关研究工作, 介绍了 GH位移在金属界面、介质光栅结构、多层金属包络结构、光子晶体材料、手性材料等界面理论研究和实验测量结果; 综述了 GH位移在不同波段特别是太赫兹波段的研究成果; GH位移的测量方法有直接测量和干涉测量 2种, 本文对此做了总结和解释; 最后, 以温度传感和浓度传感方面的研究结果为例介绍了 GH位移的应用。

超材料吸收器由金属谐振腔、电介质层和金属底层平面这3部分组成。利用阻抗匹配原理或多次反射干涉理论可以定性或定量地解释超材料结构对入射的电磁波在某一共振吸收峰出现完美吸收的原因。然而，当超材料的结构参数一旦确定，就只能在特定的共振频率产生完美吸收。因此，如何调制超材料吸收器的吸收频率以及吸收强度引起了人们的广泛关注。近些年来，本课题组研究了如何实现超材料吸收器的动态调制。在此基础之上，综述几种可以有效地调制太赫兹超材料吸收的方法，包括改变中间电介质层的厚度、调节金属底层平面的电导率或在金属谐振腔的开口处添加光敏半导体材料，并对太赫兹超材料的吸收调制的发展前景进行了展望。

利用太赫兹时域光谱系统对三种反谐振波导的太赫兹谱进行了研究, 这三种波导分别是PMMA管型波导, PMMA自支撑结构波导和SiO2管型波导.该研究验证了三种波导的太赫兹传输基于反谐振理论, 并在实验上实现了PMMA自支撑结构波导超过2 THz的宽光谱传输.同时, 对基于反谐振原理的太赫兹物质传感进行了理论和实验分析, 为物质探测提供了一种可行的手段.

设计了将太赫兹波耦合进入波导的耦合器.耦合器由金属材料铝制成,形状为中空圆锥形和圆柱形的结合.在宽带的脉冲太赫兹信号和单频的连续太赫兹信号两种情况下,模拟并实验测试了耦合器将自由空间传输的平行太赫兹波耦合进入反谐振波导,结果显示该耦合器是宽带太赫兹波耦合器.通过优化耦合器几何参数,在太赫兹时域系统下得到振幅耦合率达到71%,振幅增强因子为6.125.

超材料是通过人工方式做成的具有特殊电磁特性的亚波长周期性金属结构, 通过合理的设计样品结构, 可以实现自然界中传统材料无法实现的电磁现象。 超材料可以广泛用于电磁隐身、 完美吸收、 负折射率等研究领域, 近些年, 随着太赫兹技术的发展, 太赫兹超材料器件被广泛研究。 由于硅（Si）对于太赫兹波的透过率较高, 通常选取Si作为基底材料。 但Si硬度较高、 不易弯曲且易碎等缺点限制了THz超材料的应用。 聚合物材料聚酰亚胺具有柔性, 作为基底, 克服了传统硅基底的缺点, 透过率可以与Si匹敌, 而且其表面光滑, 适合传统光刻技术加工。 对聚酰亚胺在太赫兹波段光学性质的测试结果表明, 此种材料的折射率在1.9左右, 透过率达到80%以上。 设计了一种双开口谐振环结构, 研究了其太赫兹波透射性质以及随太赫兹波的入射角度和样品曲率的变化规律, 发现透射峰强度和峰位均不发生改变。 此结果展示了将平面滤波延伸到曲面滤波领域的可能性, 若将聚酰亚胺基底做薄, 为今后太赫兹频段隐身衣的研究提供基础。 将不同结构的两种样品叠加在一起制成宽谱滤波器, 50%的带宽达到181 GHz。 此种宽带滤波器制作简单, 滤波效果显著, 为太赫兹波段宽带滤波器的制作提供一种新思路。