科创中国

电子学和光子学的发展日益完善，使得科研工作者们把目光集中在频段介于两者之间曾经被称为“太赫兹空白”的太赫兹技术。很多太赫兹波独有的优势被挖掘出来，例如无损探测、生物成像、天文研究和远距离通讯等。硅基芯片的单路通道，在0.1太(100G)也达到了性能的拐点，更高频率发展也需要开发相关的太赫兹技术。鉴于太赫兹的诸多优势，人们开始寻求一个太赫兹的集成化平台，像电子学的集成电路和光子学中的光子集成回路那样，使太赫兹波的产生、传输、调控、探测等过程以及太赫兹波和物质或结构的作用过程在同一个平台上实现，以利于太赫兹技术的实际应用。 利用亚波长铌酸锂晶片作为基质材料，基于太赫兹声子极化激元，我们实现了太赫兹波的产生、传输、调控、探测、与物质或微结构的相互作用等功能的片上集成，成为极少数掌握该技术的课题组之一。声子极化激元是光子和横光学声子的量子耦合态，包含了一部分电磁能量和一部分机械能。在铌酸锂晶片上，用飞秒激光脉冲激发的声子极化激元是产生太赫兹波的一个非常有效的手段。我们将太赫兹波的多种功能都集成在几十微米厚的铌酸锂晶片上。这样形成的太赫兹芯片是太赫兹波应用的一种有效方式。

通过铌酸锂亚波长晶片和超材料形成的复合结构，实现了对微量物质的灵敏探测。

优势：

1、水平入射，作用距离长；

2、复合结构，表面波、能量局域；

3、 折射率的虚部（吸收）和实部（折射）同时探测；

4、 物质与LSP持续作用，为动态探测提供了方案；

5、可以探测微量物质，灵敏度高；5.16% RIU-1

。。。。。。

在商用太赫兹时域光谱仪中，太赫兹波的产生、探测、与物质相互作用的光路需要米量级的空间（紫色虚线框所示），成为便携应用的巨大障碍。我们利用手指甲大小、比头发直径还薄的铌酸锂晶片（上图所示），不仅可以代替此部分仪器，并且利用二维光谱进一步提升了探测的灵敏度。该技术不仅可以升级替代现有太赫兹时域光谱仪，而且进一步发展，还可以用于野外、战场等环境下的灵敏传感探测。

南开大学是国内学科门类齐全的综合性、研究型大学之一，在长期办学过程中，形成了文理并重、基础宽厚、突出应用与创新的办学特色。学校有专业学院27个，学科门类覆盖文、史、哲、经、管、法、理、工、农、医、教、艺等。有国家“双一流”建设学科6个，一级学科国家重点学科6个（覆盖35个二级学科），二级学科国家重点学科9个，一级学科天津市重点学科32个。在第四轮全国学科评估中，14个学科进入前10%，其中5个学科进入前5%；在全球学科评价体系中，前1%学科15个，化学和材料科学进入前1‰。

经过我们十多年的努力，以铌酸锂亚波长晶片为基底，以声子极化激元为手段，实现了太赫兹光波片上集成。我们不仅深入研究了相关的理论，发展了非线性黄昆方程、亚波长光学传输方程组等，还开发了时空超分辨定量成像技术，可以对设计和制备的功能结构进行时空超分辨探测分析。在此基础上，实现了片上集成太赫兹光谱仪、灵敏探测等功能，具备了实用化价值。

技术合作，攻克企业技术难题