基于石墨烯超材料结构空间调制器的太赫兹实时成像方法

Terahertz (THz) real-time imaging can exactly acquire two-dimensional optical information of substances, and therefore it has large application potentials in fundamental research, security, science, agriculture, industry, and other fields. The main research contents are as follows: (1) to investigate the generation mechanism and instrument of terahertz super-continuum spectrum source based on metallic film with nano-structure; (2) to develop a novel terahertz quantum well detector, and study a method of combine use with terahertz super-continuum spectrum source; (3) to design a terahertz modulator based on graphene field effect transistors combined with electromagnetic metamaterial structure; (4) to optimize the code and decode methods of terahertz images, and present a novel method of terahertz real-time imaging. The innovation of this project is to introduce the continuous THz wave and the spatial modulator in THz real-time imaging to improve the spectral resolution and the spatial resolution of imaging. The goal of this project is to develop a new method for real-time imaging of THz, enabling high-resolution THz real-time imaging.

太赫兹实时成像可以实时精确提取样品的二维信息，在基础研究、安全、科学、农业和工业等领域有着重要的应用价值。项目研究基于纳米结构金属薄膜的太赫兹超连续谱的产生机理与装置，研究太赫兹量子阱探测器与太赫兹超连续谱联用的方法，设计基于石墨烯场效应晶体管结构和超材料结构的太赫兹波调制器。优化太赫兹图像的编解码方法，提出太赫兹实时成像新方法。本项目的创新之处在于:在太赫兹实时成像中引入连续太赫兹波和空间调制器，提高成像的谱分辨率和空间分辨率。本项目的目标是：建立一种太赫兹实时成像新方法，实现高分辨率的太赫兹实时成像。

太赫兹实时成像可以实时精确提取样品的二维信息，在基础研究、安全、科学、农业和工业等领域有着重要的应用价值。针对现有太赫兹成像系统探测器成本高、成像速率慢、分辨率低等现实应用的挑战，本项目开展新型太赫兹波谱量子阱探测方法研究，并完成多种基于石墨烯晶体管的空间调制器开发，成功搭建基于QCL太赫兹源和硅基阵列探测器的连续太赫兹成像系统，获得高谱分辨率、高空间分辨率的太赫兹实时成像系统。.在本项目的支持下，项目组成功首次制备1.2mm的大角度旋转堆垛双层石墨烯单晶畴，并以此为基础制备迁移率4542.5cm2/V-s的高质量石墨烯晶体管。在此基础上，成功制备基于硅纳米阵列-石墨烯二维异质结的太赫兹空间调制器，调制深度高达94.97%。探索新型空间调制器的调制方式，并通过单像素探测，实现连续太赫兹波的快速成像。建立和完善一种基于石墨烯场效应晶体管结构调制器的太赫兹实时成像新方法，实现了高谱分辨率、高空间分辨率的太赫兹实时成像系统。.在本项目的支持下，项目组发表SCI论文15篇，会议论文1篇，授权专利9项，培养硕士研究生2名，博士后科研人员2名。通过本项目相关研究工作的开展，已完成提高太赫兹实时成像的谱分辨率和空间分辨率、不依赖于探测阵列而获得高时间分辨率和建立一种太赫兹实时成像新方法的预期目标。