Hao Sun, Jie Yang, Hengzhu Liu, Dan Wu, Xin Zheng. Process-controllable modulation of plasmon-induced transparency in terahertz metamaterials[J]. Chinese Optics Letters, 2021, 19(1): 013602.

       太赫兹波是频率位于0.1 THz到10 THz之间的电磁波，具有抗干扰、窄波束、高带宽的特性，对无线高速通信、可靠通信与保密通信等具有重要应用价值。例如 ，太赫兹频谱带是6G移动通信网络发展的关键，6G移动通信网络需要能够以每秒TB的速度无线传输数据。太赫兹频谱带可提供更高的可用带宽，从而满足了数据传输速率不断增长的需求。

       此外，太赫兹技术在生物医学、环境科学、材料科学、公共安全，以及****等领域具有广阔的应用前景。开发调制范围大、速度快的太赫兹元器件对促进太赫兹技术的发展具有十分重要的意义。由于目前在此频率范围内缺乏广泛的实际应用，因此太赫兹波段也被称为“太赫兹间隙”。难以获得主动高效的太赫兹调控元器件，是影响太赫兹技术发展和应用的关键因素之一。

        超材料作为一种由人工设计实现的亚波长尺度的金属周期结构，具有天然材料所不具备的电磁属性，能够在人们感兴趣的频域实现对入射电磁场的灵活调控。利用超材料在太赫兹范围内实现类电磁感应透明现象（类电磁感应透明效应是对经典领域内电磁感应透明效应（EIT）的模拟），能够灵活地调制自由空间电磁波。从而，在太赫兹通信、安全监测与生物医学检测等方面，利用超材料实现太赫兹范围内类电磁感应透明现象调制的集成化、多功能化具有重要意义与迫切的需求。

       为解决以上问题，国防科技大学的孙豪等在Chinese Optics Letters 2021年第1期发表的文章中展示了通过引入主动光控材料，首次实现了太赫兹范围内类电磁感应透明效应的各向异性调制过程。该项工作对于多功能太赫兹调制器的发展具有重要意义。

(a)新型太赫兹调制器的时域太赫兹光谱探测；(b)、(c)各向异性类EIT效应透过率调制的伪彩色图

在该工作中，研究人员利用劈裂换谐振器（SRR）与切线谐振器（CWR）构成超材料的基本单元结构。首先，利用SRR间隙的方向性实现与面内不同方向CWR的电磁耦合。接着，使用半导体硅电学连接CWR，使其在面内相互垂直的两个方向分别实现类电磁感应透明现象的主动形成过程与主动消失过程。

       在波长为800 nm激光的激发下，新型太赫兹调制器面内相互垂直的两个方向上分别实现了109 %与129 %的调制深度。在透射窗口处，还伴随着长达8 ps的群速度延迟。此外，由于硅中载流子的超快激发与弛豫特性，该太赫兹调制过程还实现了皮秒级的响应速度与纳秒级的调制周期。

       为提高此类新型太赫兹调制器的性能，在后续工作中还可以引入频率各向异性的结构，或引入新型光敏材料以实现更好的调制效果与更高的灵敏性。使用超材料结合半导体实现类电磁感应透明效应的各向异性调制，除了能够应用在太赫兹领域，对于红外到微波波段的光学应用，譬如多波段传感、超宽带无线通信及非线性光学等也具有重要借鉴意义。

       **科技创新研究院的郑鑫副研究员认为，相比之前对太赫兹单一功能的调制效果，该工作首次实现了类电磁感应透明效应的各向异性形成过程，对于无线光通信的发展具有很大意义。

消息来源：两江科技评论