太赫兹是电磁波研究中的前沿热点之一，在通信、雷达、生物化学检测等方面有巨大的应用前景。人工电磁材料，特别是超表面的出现和发展，为太赫兹的高效波前控制提供了新的思路和方法。从太赫兹电磁场空间分布的角度出发，阐述了目前超表面在太赫兹波段波前调控的相关工作和方法，对比和讨论了太赫兹远场和近场波前调控的多类应用场景和调控方法，对太赫兹超表面波前调控的发展前景进行了展望，为研究太赫兹波前调控提供了新思路。

借助于结构化的金属/介质界面所形成的人工表面等离激元，能够将太赫兹场束缚在亚波长量级，同时利用单元结构对几何参数的色散特性，可以在二维尺度上操纵太赫兹波，为集成化、小型化片上太赫兹功能器件的发展提供了解决途径。利用立体金属柱子结构的色散特性构建二维渐变折射率透镜，在此基础之上设计平面望远镜、波导耦合器、双功能透镜等二维太赫兹人工表面等离激元传输调控器件，并通过电磁仿真分析每种功能器件的工作性能。本工作不仅丰富了太赫兹表面波调控器件家族，并有望进一步发展表面等离激元链路的太赫兹片上系统。

电磁波传播过程中的等离子诱导透明效应以其强烈的色散特性在慢光器件、光动态存储器件、高灵敏度传感器等方面有着广泛的应用前景,而亚波长周期超表面成为了实现此效应常用的手段之一。如何有效调控由亚波长周期超表面与外场相互作用而产生的等离子诱导透明效应则成为了研究的热点。采用太赫兹时域光谱技术对放置在平行平板波导中的等离子诱导透明超表面进行了系统研究。在外部横电模式的激励下,通过改变超表面的结构参数,在理论和实验上实现了基于平行平板波导-超表面系统的等离子诱导透明效应的有效调控。另外,还通过表面电流和电场绝对值分布的模拟对等离子诱导透明效应调控背后的机制进行了探究。所得结果可以为基于等离子诱导透明效应的可调控电磁器件的设计提供一种新的思路。

发展高性能的光电导天线是推动太赫兹科学及其相关技术不断进步的重要手段。系统地介绍了基于金属和介质超材料的高效光电导天线的研究工作,梳理了此类天线的发展历程并展望了其应用前景。关于超材料天线的研究主要是基于两类方法展开的,第一类是利用纳米级金属/介质超材料操控飞秒泵浦激光与光电导天线衬底间的相互作用,第二类方法则是在原有天线结构的基础上设计微米级金属/介质超材料对太赫兹波进行直接操控。这些基于超材料的新方法极大地促进了光电导天线的发展及其在交叉领域的应用。

全息术是一种三维成像技术，它已经被应用于多种实际场景。随着计算机科学与技术的迅猛发展，计算全息由于其方便和灵活的特性，已经成为一种广泛应用的全息成像方法。本文回顾了我们近期基于超表面的太赫兹计算全息研究进展。其中，作为全息板的超表面展示出了超越传统光学器件的独特性能。首先，利用超表面实现了对于全息板每个像素的相位振幅同时且独立的调控，进而实现了高质量全息成像。这种新的电磁波操控能力也带来了新的全息成像效果，如利用介质超表面实现了全息像沿传播方向上的连续变化。其次，对超表面在不同偏振态下的响应进行设计，分别实现了线偏振态与频率复用、圆偏振态复用、以及基于表面波的偏振复用超表面全息术。此外，本文提出了依赖于温度变化而主动可控的超表面全息术，为今后计算全息术的设计与实现提供了新的方案，也推动了超表面在实际应用方面的发展。

在人类所了解的电磁波谱中，太赫兹波介于微波与红外光之间，其频率范围通常为0.1～10 THz，对应波长3～0.03 mm。作为非电离电磁波，太赫兹辐射处于宏观经典理论向微观量子理论的频域过渡区，兼备电子学和光子学的双重特征。近三十年来，太赫兹科学与技术蓬勃发展，无疑是一个非常活跃的研究领域。一方面，太赫兹波是重要的科学研究前沿，在信息科学、物理学、材料学、天文学、生物学、化学等基础学科研究中展现出诱人的前景；另一方面，太赫兹波已经成为涉及公共安全、****和国民经济等国家核心利益的前沿技术，在国土安全、空间探索、无线通信和经济发展等国家重大战略中有着十分重要的应用前景。可以说，太赫兹科学技术正呈现出太赫兹基础科学、太赫兹先进技术和太赫兹产业化三方面多元化快速发展的新局面，前景十分看好，令人期待。

利用空气等离子体太赫兹时域光谱系统,获得了0.5~14.5 THz范围内左旋多巴(L-DOPA)的特征指纹谱,并研究了吸收光谱随温度的变化效应。利用密度泛函理论计算L-DOPA的晶胞结构,并对太赫兹振动光谱进行了分析。结果表明:L-DOPA在太赫兹波段的吸收峰对应于不同的集体振动和分子局域振动,其中分子的集体振动在整个太赫兹波段分布较广,且苯环和分子侧链表现出不同的振动特点,这些结构振动特异性与分子构象以及分子间氢键的相互作用密切相关。

设计并制备了基于人工超表面/离子凝胶/石墨烯复合结构的太赫兹调幅器件,并对其调制效果进行了模拟仿真和实验验证。该器件以嵌在石墨烯和超表面之间的离子凝胶为电解质,以石墨烯为主动材料,用超表面实现太赫兹波与石墨烯相互作用的增强。通过外加偏压调节石墨烯的电导率,进而达到对太赫兹波的主动控制。结果表明:该器件在较小的外加偏压下就可以在谐振频率处实现73%的调制深度,并且在调制过程中谐振频率几乎保持不变。该器件为小电压下的大幅度太赫兹调制提供了一种新手段。