太赫兹三维隐身介质的基础理论和关键技术研究

隐身介质是光子学领域最前沿的基础研究之一，是新一代隐身技术实现突破性进展的关键，在国土安全、航空航天、宽带通讯、和天体物理等领域具有重大应用前景和科学意义。本项目研究太赫兹三维隐身介质，一方面太赫兹波是备受瞩目的新的电磁波段，具有高精密、高可重复性微电子加工和相干时域光谱表征等其他波段所不具备的实现三维隐身介质的独特研究手段；同时，太赫兹三维隐身理论和关键技术可推广用于其他波段隐身介质的研究。本项目拟采用理论分析、数值仿真、结构设计和实验验证相结合，重点研究透射式、反射式和吸收式系列三维隐身介质。采用变换光学理论并结合数值仿真，实现三维隐身介质的结构优化设计；研究三维新型人工隐身介质的样品制备和动态相干光谱表征。通过系统分析隐身介质在太赫兹波段的系列光学特征和新现象，揭示其内在的物理机理和规律，建立太赫兹三维隐身介质的理论体系，获得从设计、制备、到实验表征的系列关键技术和新方法。

隐身介质是光子学领域最前沿的基础研究课题之一，是新一代隐身技术实现突破性进展的关键，在国土安全、航空航天、宽带通讯和天体物理等领域具有重大应用前景和科学意义。本项目课题组按照预定的研究计划，在内部开展了高效而紧密的分工和合作，对外开展了密切的国内外学术交流。从理论、数值和实验三个方面，对透射式、反射式和吸收式太赫兹三维隐身介质开展了深入而系统的研究。提出了基于变换光学、双折射效应、完美吸收体以及编码散射等原理的隐身方案，并在太赫兹波段成功地验证了三维隐身，形成了太赫兹三维隐身研究的一整套研发流程，并建立起高水平的相关研究平台。所取得的重要成果包括：1）系统研究了太赫兹透射式隐身，提出了基于压缩旋转变换介质的新型透射式隐身方法，实现了对太赫兹波传播速度的主动调控；利用二维材料石墨烯，实验发现对太赫兹波主动调控的“二极管”效应，相关研究成果入选“2015中国光学重要成果”；2）系统研究了太赫兹反射式隐身，国际上首次实现了毫米量级太赫兹波段的准三维反射式隐身；提出了基于编码超材料的新型隐身机制，有效地降低了隐身材料的太赫兹反射效应，实现了宽带反射式隐身；3）系统研究了太赫兹吸收式隐身，利用重掺杂p型硅片，并将材料吸收和超材料相结合，成功实现了多种宽带高吸收率的太赫兹吸波超材料。相关研究成果共计发表期刊和会议论文185篇，发明专利35项，其中众多亮点工作发表在以《Nature Communications》、《Science Advances》、《Advanced Materials》和《Light: Science & Applications》等为代表的高水平期刊上。相关研究工作受到国内外同行广泛关注，多次受邀在国内外会议做邀请报告。项目实施期间，课题负责人张伟力教授入选了OSA Fellow，课题组3人次入选了国家自然基金委“优青”项目， 3人次入选了教育部“青年长江学者”。本项目培养了博士、硕士研究生60名。本项目的研究不仅全部实现了预定的研究目标，而且推动了太赫兹器件技术和其他波段超材料的研究和发展。