2024年以来，曲阜师范大学物理工程学院许士通副教授课题组在太赫兹调控领域取得系列研究进展，研究成果相继在在国际光学权威期刊发表，包括《Photonics Research》1篇（JCR、中科院一区TOP），《Advanced Optical Materials》1篇（JCR一区），《Optics Letters》1篇（JCR、中科院二区TOP）；另外指导课题组研究生发表《Optics Communications》2篇，上述研究工作曲阜师范大学均为第一署名单位，相关研究得到了南方科技大学丛龙庆副教授、电子科技大学深圳研究院张慧芳研究员、枣庄学院梁兰菊教授和南开大学范飞、常胜江教授的支持，研究受到国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省属高校教师访学研修项目、广东省自然科学基金、深圳市重大基础研究项目等资助。
许士通，男，副教授，硕士生导师。目前主要从事太赫兹波段相移与偏振控制器件研究工作，利用新型电磁微结构实现太赫兹波振幅、相位以及偏振控制，在太赫兹功能器件研究领域发表SCI论文33篇，h指数15，其中以第一作者或通讯作者在Photonics Research， Advanced Optical Materials，Optics Letters，Applied Physics Letters等物理学、光学期刊发表SCI论文16篇，申请并授权国家发明专利4项，主持国家自然科学基金面上项目、青年项目、山东省自然科学基金项目等，作为参与人获天津市自然科学二等奖，参与国家自然科学基金重点项目、面上项目等。2023.09-2024.08在山东省高校教师访学研修项目资助下，以访问学者身份在南方科技大学丛龙庆副教授课题组进行了为期一年的访问交流。
连续域束缚态(BIC)，是一种存在于连续辐射光谱却仍然保持局域化的电磁本征态，具有无限的光子寿命和品质因数，其在增强光-物质相互作用方面具有巨大的应用前景。然而，目前BIC或准BIC结构一般由金属或介质材料的超材料/超表面/光子晶体加工而成，其结构参数一旦确定难以实现器件的主动调控。针对此问题，课题组提出将液晶与准BIC结构结合，通过外场调控液晶取向实现器件从OFF态向ON态的主动控制。此外，基于器件前后入射的非对称响应还实现了单向传输。该研究提出的基于液晶填充的准BIC器件为太赫兹动态调控提供了有效途径，在太赫兹通信、开关和传感系统具有重要的应用价值。该工作以“Active control of terahertz quasi-BIC and asymmetric transmission in a liquid-crystal-integrated metasurface”为题发表在《Photonics Research》，许士通副教授为论文第一作者和通讯作者，南方科技大学凡俊兴助理研究员和丛龙庆副教授为共同通讯作者。
传统太赫兹偏振器件主要依赖天然晶体材料，存在较大损耗、不易集成以及工作带宽窄等本征问题。针对该问题，课题组从电磁微结构相移色散和偏振调控的基本原理出发，研究基于相移色散补偿机理的复合双层微结构设计方法，突破传统相移和偏振器件频率与相位的点点依赖限制。基于各向异性的介质-金属亚波长光栅结构，研究了基于色散调控理论的太赫兹超宽带偏振器件，并且通过改变介质光栅刻蚀深度实现了器件的色散调控，分别对应超宽带的1/4波片(QWP: 0.5-2.0 THz, PCR>0.95)以及超宽带的1/2波片(HWP: 1.0-2.1 THz, PCR>0.9)。相较传统太赫兹偏振器件，该器件具有宽带、结构简单、易于加工等优势，并且该器件为电磁波偏振控制提供了一般的设计平台，对于扩展太赫兹成像和通信中的工作带宽具有重要价值。该工作以“Dispersion-compensated terahertz ultra-broadband quarter and half wave plates in a dielectric-metal hybrid metadevice”为题发表在《Advanced Optical Materials》，许士通副教授为论文第一作者和通讯作者，南方科技大学丛龙庆副教授、南开大学范飞教授为共同通讯作者。
电磁诱导透明(EIT), 是一种量子相消干涉现象，其在非线性光学处理，超快开关以及光学存储等方面有着重要应用价值。课题组提出将超材料EIT器件与液晶结合，研究了一种基于液晶集成的太赫兹EIT可调器件。本研究提出的基于明暗耦合的EIT超表面具有偏振敏感性，这为通过液晶的偏振转换实现复合器件EIT的主动调控提供了新的自由度。此外，由于复合器件在前向和后向入射的偏振响应不同，该器件表现出较高隔离度的非对称传输。研究提出的液晶集成的EIT器件为设计动态可调太赫兹器件开辟了新的途径。该工作以“Terahertz polarization conversion and asymmetric transmission based on liquid crystal integrated EIT metasurface”为题发表在《Optics Letters》，许士通副教授为论文第一作者和通讯作者，南方科技大学凡俊兴助理研究员和丛龙庆副教授为共同通讯作者。
课题组基于亮-亮模式耦合机理，设计了基于圆形和矩形分裂环谐振器(CSRR和RSRR)的太赫兹EIT超材料，并将石墨烯引入到EIT结构中实现了器件的主动调谐，研究揭示了金属-石墨烯杂化EIT超材料中的两种不同的调节机制：1. CSRR-graphene集成下内部耦合效应随着费米能级的增加而减弱; 2. RSRR-graphene集成下表面电场发生了重新分布。模拟仿真结果表明器件在调控EIT窗口的同时还实现了EIT峰值两侧的共振调制，从而扩展了更多的太赫兹调制通道。该工作丰富了太赫兹EIT的设计和实现方法，并在太赫兹动态应用场景中具有潜在的应用价值。该工作以“Terahertz metal-graphene hybrid metamaterial for active manipulation of electromagnetically induced transparency”为题发表在《Optics Communications》，课题组研究生孙彤为论文第一作者，许士通副教授、电子科技大学深圳研究院张慧芳研究员、南开大学范飞教授为共同通讯作者。
太赫兹滤波器在实现特定太赫兹频率选择中起着不可替代的作用，然而传统的天然材料难以实现特定的太赫兹选择滤波。基于此，课题组利用经典的光学巴比涅(Babinet)原理，设计提出了一种双层互补超材料太赫兹滤波器，该滤波器由中间硅衬底两侧的椭圆孔结构和椭圆环结构组成。不同于传统滤波器只能实现单一太赫兹带通或带阻滤波功能，本研究基于Babinet互补结构在前后超表面的共同作用下同时实现了带通和带阻滤波。此外，通过互补超材料的结构旋转，还可以实现角度可调滤波。该研究提出的Babinet互补超材料滤波器具有结构简单、加工方便等优势，在太赫兹通信、成像和传感系统中具有很好的应用前景。该工作以“Terahertz bandpass and bandstop filter based on the babinet complementary metamaterials”为题发表在《Optics Communications》，课题组研究生李国明为论文第一作者，许士通副教授为通讯作者。
信息来源： 曲阜师范大学物理工程学院
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