课题基金 / 基金详情

基于先进钒钛相变薄膜的太赫兹波束操控动态阵列器件研究

批准号:
U20A20212
项目类别:
联合基金项目
资助金额:
260.0 万元
负责人:
杨梓强
依托单位:
学科分类:
红外与太赫兹物理及技术
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨梓强

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
太赫兹波束操控动态阵列器件是波束扫描和近场超分辨成像系统的核心器件,在无线通信、成像雷达和生物医学等领域具有重要的应用价值,也是本领域公认的国际性难题。为了解决传统电控方式难以在太赫兹频段实现大视场扫描和大阵列编码问题,本项目提出运用钒钛相变薄膜光致半导体相与金属相之间的相变物理过程与二维人工微结构表面相位梯度分布变化机制和波阵面数字编码机制相结合,实现太赫兹波束高效、超快调控。重点突破光致钒钛相变薄膜超快局域相变机制与性能优化,研制在太赫兹频段具有高效、超快响应能力的钒钛相变薄膜;研制出工作频率大于0.3THz,波束扫描精度小于5度、扫描范围大于±45度的平面波束扫描器件和128×128二维数字编码的太赫兹波前调控器件;完成太赫兹波束扫描实验系统和近场超分辨成像实验系统的构建和验证实验。形成太赫兹波束操控动态阵列器件从材料制备、器件研制以及系统联试验证一体化研发能力。
英文摘要
As a pivotal component of beam scanning and near-field super-resolution imaging systems, the terahertz dynamic beam-manipulation array devices exert veritable application value in wireless communication, radar imaging, life science, and other fields. Confronting formidable challenges with a conventional electrically-controlled manner, the implementation of wide-view-field beam steering and sizable coding arrays has been widely recognized as a dilemma by the THz community. To address the issue, this research proposes to attain fast and efficient terahertz beam manipulation by applying both the phase-gradient-distribution mechanism and digital wavefront-coding strategy on vanadium-titanium implanted metasurfaces, whereby dynamically employing the optically-regulated semiconductor-to-metal phase transition of the vanadium-titanium film. Starting with the endeavor on a salient breakthrough of the ultrafast photo-induced phase-transition mechanism and related performance optimization of the vanadium-titanium thin films, the research is organized into three progressive objectives as follows. Within the device-level theme, the core objective is to develop high-efficiency and ultrafast vanadium-titanium phase-transition-film materials in the terahertz range, planar beam-scanning devices with operation frequencies over 0.3 THz, angular scanning resolution under 5 degree, and a scan range over ± 45 degrees, and two-dimensional digital coding terahertz wavefront devices with 128 × 128 arrays. Furthermore, for the sake of prototype corroboration, the experimental platform for terahertz beam scanning and nearfield super-resolution imaging will be built and followed by verification experiments. Ultimately, it is expected that an integrated research and development chain of the terahertz dynamic beam-manipulation array devices will be established, including from material processing, device development to system validation.
/本项目系统开展了钒钛相变氧化物薄膜制备及物性研究、基于材料的光控太赫兹波束操控器件和超分辨成像研究等工作,取得了系列成果,具体为:.1. 突破了高质量二氧化钒(VO2)薄膜的制备工艺技术,所制备的薄膜具有皮秒级相变速度和接近5个数量级电阻变化幅度;提出一种在VO2薄膜和衬底界面构建高导电MXenen膜层来降低VO2薄膜相变阈值的有效方案,光致相变的泵浦光能量可降低36%,有利于缓解相变过程中热效应导致的光控编码精度降低、相变响应时间变长等问题;探索了通过磁控溅射法结合退火处理手段来制备Ti2O3薄膜,发现该材料的金属-半导体相变特性,在ps尺度范围内具有接近35%的太赫兹超快开关性能。.2. 掌握了基于高精细离散相位梯度编码优化的数字波束赋形方法,突破了太赫兹实时可编程超表面器件的相位精确调控、多波束合成和漫散射场调控等关键技术,研制出基于VO2相变控制的160×160阵元的动态波束调控器件,太赫兹波束偏转的最大角度达到54°;结合二维电子气,研制出太赫兹准光波束扫描器件,在0.34THz实现了波束扫描角度覆盖±60°、扫描精度达到1度。.3. 提出了一种基于频域模量相关的重新排序哈达玛基的新方法,基于所研制的128×128像素的光控型数字编码钒钛-微结构太赫兹波前调控器件,实验获得了高质量的近场超分辨图像。本项目的研究成果对多目标的太赫兹智能通信以及通感一体系统开辟了全新的技术途径。.4. 本项目共发表包括Nature Communications、Nature Photonics、Light子刊在内的SCI论文25篇;申请发明专利17项。.5. 获得四川省自然科学一等奖1项;四川省技术发明一等奖1项。.6. 培养博士生5人,硕士生14人;培养中国电子学会优博1人、四川省天府青城计划青年科技人才1人,2位研究生在国内本领域顶会上获得优秀论文奖。
基于外部调制的太赫兹空间高速通信关键技术研究
  • 批准号:
    91438118
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    85.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    杨梓强
  • 依托单位:
具有背景等离子体的金属光子带隙慢波系统中Cherenkov辐射机理研究
  • 批准号:
    10975031
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    45.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    杨梓强
  • 依托单位:
等离子体填充的THz辐射源机理研究
  • 批准号:
    60571020
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2005
  • 负责人:
    杨梓强
  • 依托单位:
等离子体填充的喇曼型自由电子激光放大器
  • 批准号:
    60178011
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    18.0万元
  • 批准年份:
    2001
  • 负责人:
    杨梓强
  • 依托单位:
国内基金
海外基金