太赫兹高速宽带调制技术研究

太赫兹无线通信技术是太赫兹频段最具潜力的应用领域之一，尤其适合于星际间通信、短程大气通信以及室内无线宽带通信应用，可满足未来10-20年无线通信技术的需要，因而具有十分重要的应用价值。本项目以太赫兹无线通信技术为研究背景和技术牵引，旨在解决太赫兹通信技术中太赫兹信号高速和宽带调制的基础科学和技术问题。通过建立和完善太赫兹波的调制理论和器件模型，研制出高速宽带太赫兹调制器件，形成太赫兹信号调制最佳技术途径和实施方案。本项目将通过对基于人工电磁超材料调制器，电控导模共振吸收结构调制器和磁光子晶体调制器的综合研究，探索光、电、热和磁控太赫兹调制技术的基本原理和内涵，突破太赫兹信号高速、宽带和大幅度调制的关键瓶颈技术，获得实现室温工作、调制速度10Mb/s、带宽达到10GHz的太赫兹调制技术，为室内以及空间THz高速、宽带和高保密通信奠定基础，满足太赫兹波无线通信发展的迫切需要。

太赫兹电磁频谱是极为重要的战略资源，在安检/医学成像、高速无线通信和光谱识别等多个领域具有巨大的市场潜力。然而，由于缺乏高质量的传输和调控器件，太赫兹应用系统在频率、速度、集成度和成本等方面还很难满足市场化的要求。本项目以人工电磁材料、低维纳米材料以及新型半导体微纳结构为研究对象，揭示了太赫兹波与物质/结构相互作用的基本规律，探索了电、光、热、磁调控太赫兹波的原理和方法，制备出多种高性能太赫兹材料和调制器件，并实现了系统验证，满足了太赫兹应用系统开发急需。.本项目获得的重要成果及其科学意义在于：.(1) 揭示了基于载流子动力学变化与电阻率变化实现太赫兹波调制的基本规律，基于半导体材料和相变材料构建了太赫兹调制器新结构，并形成了热、光、电控多种太赫兹调控技术方案，获得了宽带大幅度太赫兹波调制。成果被领域内学者评价为太赫兹调制的代表性工作，并且“为多个应用领域所急需”。.(2) 揭示了低维材料与太赫兹波相互作用规律，发现了多个新现象和新效应，发展出基于石墨烯等新型低维纳米材料实现太赫兹波空间调控的新方法。揭示了影响THz调制器速率、幅度、带宽、插损等关键器件性能机理及其相互制约关系，分别实现了调制速率10MHz量级，调制深度94%，工作带宽0.2-2THz以及插损低至1.2dB等重要技术指标。相关调制技术被高度评价为 “具有突出的调制深度和速度”，“是获得更高的太赫兹信号调制性能的另一途径”。.(3) 提出电子材料与人工结构混合集成构建高速大幅度太赫兹调控器件的新方法，充分利用太赫兹频段物质的超快现象和过程来实现太赫兹波的高速调制，突破了太赫兹波调制深度和调制速率相互制约的问题。研制出开关速率达到100MHz的高速调制器，并由此构建了通信速率达到50Mbps的太赫兹无线通信系统，实现了高清视频的实时传输。.项目实施过程中，在Adv. Opt. Mater., Nanoscale，Appl. Phys. Lett.等期刊上发表论文60多篇（全部标注）,成果被权威综述期刊和网站所报道并积极评价。项目公开/授权国家发明专利50项，获得教育部自然科学1等奖等省部级科技奖励3项。文岐业教授入选教育部长江学者计划青年学者，项目培养研究生16人。