太赫兹科学与技术

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2 1 2 1 2 k sp 1 s c 2 2
ksp= k|| + mGx + nGy,
s d c
dc / 4( 2 1)
1/ 2
J. Han et al. J. App. Phys. 103, 033108 (2008)
Ultrafast Photonics
谢谢各位专家！希望与各位老师取得更多合作！
韩家广,jiaghan@ 天津大学太赫兹研究中心，
THz Photonics
研究队伍
天津大学太赫兹研究中心
张伟力 教授 长江特聘
韩家广 教授 新世纪人才
何明霞 副教授
欧阳春梅 副教授
田震 博士 谷建强博士 首批公派联合培养博士
宽频太赫兹源 太赫兹超材料 太赫兹雷达 表面等离子激元 非线性太赫兹光学
THz Photonics
3
研究简介
天津大学太赫兹研究中心
Amplifier 8W
Tianjin U niversity
THz radar
Fiber THz System
8F THz-TDS
Cryogenic (1.5 K)+ Magnetic (7.0T)
太赫兹波
X-Rays
UV Visible IR
天
津
大
学
Terahertz Wave 0.1-10 THz Radio
Longqing Cong et al. Laser and Photonics Review (2013)
太赫兹器件研究
8. 低损耗谐振器件
太赫兹器件 Surface Plasmon Sensors
9. 太赫兹传感器
Coating thickness effect
d m k sp Re c d m
天津大学太赫兹研究中心 人工介质
太赫兹与物质 相互作用
实现自然界物质所不具有或不容易 实现的奇异特性。
常规材料
探索光与物质相互作用的微观机制 和机理。
Rotational
Vibrational
Electronic
研究方向

太赫兹雷达
2013：我国第一台太赫兹时域雷达 基于飞秒激光振荡器，高信噪比、宽频、高距离分辨能力 成功实现坦克缩比模型散射截面（RCS）测量 军事、飞船与空间轨道站对接监控
行波管太赫兹源的频率不高，无法进一步提高分辨率，反隐形能力受限制 缺乏太赫兹隐形和反隐形器件 12
太赫兹
太赫兹无线网
天 津 大 学 太赫兹空间通信 发散性好，易于通信定位 与穿越大气层阶段的飞行 器进行通信——独有优势 美国0.6 THz的明码空间通 信我国无法解读！
太赫兹无线网的必然性——10
研究方向

天津大学太赫兹研究中心
采用人工微结构，实现了宽频的太赫兹光偏光器件，以及宽 带平面透镜。 Advanced Materials 25，4567（2013）.
研究方向
天津大学太赫兹研究中心

提出并实验证实超材料中主动式电磁诱导透明（EIT），实现了太 赫兹脉冲群延迟主动调控，用于太赫兹主动慢光器件 《Nature Communications》3, 1151 (2012)
太赫兹器件
5. 太赫兹极化控制器
Longqing Cong et al. New J. Phys. 14, 115013(2012)
太赫兹器件
6. 太赫兹旋光器件
Longqing Cong et al. Appl. Phys. Lett. 103, 171107(2013)
太赫兹器件
7. 太赫兹四分之一波片
中国科协青年科学家论坛 基于人工微结构的太赫兹功能器件研究
报告人：韩家广 教授
天津大学-太赫兹研究中心

2013年12月16日，北京
个人简历
2000年：北京师范大学物理系，本科
2006年：中科院上海应用物理研究所，博士
2006年～2007年：美国俄克拉荷马州立大学电机工程系 博士后，合作导师：张伟力教授 2007年～2010年：新加坡国立大学物理系 李光耀学者，独立研究 2010年归国， 天津大学精密仪器与光电子工程学院 教授、博导，太赫兹平台及团队建设
太赫兹器件
10. 太赫兹调幅器件
Y. Yang et al., App. Phys. Lett. 98,121114(2011)
太赫兹器件
8. Nonlinear 11. 太赫兹非线性器件
C. Zhang et al., App. Phys. Lett. 102,081121(2013)
研究方向
太赫兹器件研究
3. 太赫兹滤波器件
Xueqian Zhang et al. Opt. Lett. 37: 906 (2012)
Q.Li et al. App. Phys. A. 107: 285 (2012)
太赫兹器件研究
4. 主动调频器件
J. Zhu et al. Opt. Commun. 284, 3129 (2011)
0.40
Amplitude Transmission
#87 #89
天
津
大
学
人员安检成像
X射线对人体的伤害
太赫兹穿透衣物的能力和安
0.38
6 GHz
全的光子能量
英美已广泛使用，我国目前
0.85
0.36 (b) 0.81 0.82 0.83 0.84 Frequency (THz)
尚不能生产
THz Photonics
太赫兹时域光谱仪 （THz-TDS）：Teraspectra-H
基于波面倾斜技术的高功率太赫兹时域光谱系统
THz Photonics
太赫兹雷达系统：Teraspectra-Radar
基于太赫兹时域光谱技术的太赫兹雷达系统
THz Photonics
天津大学太赫兹研究中心
Gamma Rays
MicrowaveBiblioteka 10-1310-11
10-9
10-7
10-5
10-3
10-1
10
Wavelength (m)
1 THz 0.3 mm 33 cm-1 4.2 meV
太赫兹波的频率位于微波与可见光之间，
波长在几百个微米量级
太赫兹研究正处于从基础研究到重大应
用的临界点

气体等离子体可产生超宽带高功率脉冲太赫兹，但其泵浦源为飞秒激光 放大级，体积大、耗费高 缺少新的超宽带高功率太赫兹产生机制 太赫兹成像中的探测速度还不够快，难满足民用需求 14 缺乏具有极窄特征峰的传感器件
研究方向

天津大学太赫兹研究中心
采用人工微结构，实现了宽频的太赫兹光偏光器件，以及宽 带平面透镜。 Advanced Materials 25，4567（2013）.
太赫兹 RCS 雷达的优势（与微 波雷达比较）： 极高的空间分辨率和角分辨 率（波长短） 简单的全相参探测方式 (脉 冲技术） 强劲的烟雾穿透能力 反隐身能力（微波段的隐身 设计不适用于太赫兹波段；宽 频特性）
研究方向
太赫兹时域光谱仪
太赫兹光谱仪
航天二院 中国计量院 中国科学院 高等院校

天津大学太赫兹研究中心
采用双折射晶体，首次在太赫兹波段实现了大尺寸的三维隐 身，为大面积太赫兹隐身的应用提供了有力证据。 Advanced Materials 24, 916 (2012).
太赫兹器件研究
2. 太赫兹开关器件
THz Photonics
Z. Tian et al. Opt. Express 18，12482（2010）
Plasmon-induced transparency
Active Control
J. Gu et al, Nature Communications 3, 1151 (2012)
研究方向
天津大学太赫兹研究中心
相 关 研 究 工 作 被 美 国 材 料 学 会 进 行 了 相 关 报 道 。
Plasmon-induced transparency
THz Photonics
太赫兹波
空间微小碎片探测
天
津
大
学
战略太空预警
空间中、微碎片（d<3mm） 的危害：损毁、腐蚀 法国 CERISE 卫星和国际 空间站的警示 太赫兹雷达的优势——分 辨率 天津大学 美国X-37B空天战机试飞及 太空预警的必要性 太赫兹雷达在太空侦测中 的可能性——衰减小 太赫兹雷达的优势——反 隐形
THz Photonics
性能： •高稳定性 •宽可用带宽 •高信噪比
太赫兹时域光谱仪 （THz-TDS）：Teraspectra-F
基于1560nm光纤飞秒激光去的全光纤太赫兹时域光谱系统
THz Photonics
太赫兹时域光谱仪 （THz-TDS）：Teraspectra-A
基于air plasmon 的宽带太赫兹时域光谱系统
Broadband
Z. Zhu et al, Nanotechnology 24，214003（2013)
Plasmon-induced transparency
Broadband
THz Photonics
Z. Zhu et al, Nanotechnology 24，214003（2013)
研究方向
年后15 Gb/s的传输速度必然 要求运用太赫兹
对烟雾的穿透效果好，适合复
杂战场环境
在大气中的衰减赋予保密性广
播的能力
缺乏高速的太赫兹调制器件，无法对太赫兹载波高速加载大量信息
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太赫兹波
物质成分分析
太赫兹能准确、快速鉴别不 同标号的汽油，对油品输送 及建设具有重大社会意义 众多危险品在的特征峰覆盖 了整个太赫兹波段，而现有 光源频率不够宽。