随着太赫兹源、探测器和功能器件等核心元件得到长足发展，太赫兹光谱、通信和成像等系统在此基础上得到了初步应用。在这些技术逐步走向成熟的过程中，对太赫兹波的驾驭能力提出了更高的要求。其中，太赫兹波束调控器件对自由空间太赫兹波的振幅、相位、偏振、手性和波前进行多参量、多维度、动态的操控，成为构建各类太赫兹系统的核心技术与关键元件。然而，相较于普通被动功能元件和简单主动调制器件，太赫兹波束调控往往涉及对多个电磁参量时空分布的动态操控，传统微波与光波波段的波束调控技术往往无法直接迁移到太赫兹波段，这给器件原理、设计方法、制备工艺和表征技术都带来了新的重大挑战，使这一领域迅速成为太赫兹技术领域研究的热点与难点。由于该领域涉及众多知识的交叉融合，往往令初入该领域的研究者感到千头万绪、无从下手。

本书作者常胜江、范飞教授团队，在太赫兹微结构功能器件与波束调控技术领域开展了多年的研究，希望能够通过本书总结出一些共性知识，并给出一些典型研究成果作为研究案例，对读者有所启示。本书共9章。第1章简要介绍太赫兹及其波束调控技术，介绍基本概念、发展现状与动态;第2章系统介绍太赫兹波束调控的电磁理论基础，涉及人工电磁微结构的局域和非局域衍射调控理论、偏振调控理论和幅相动态调控理论;第3章介绍太赫兹波束调控的实验表征技术，包括时域光谱技术、偏振与手性光谱表征技术及单频传输与探测技术;第4~8章从不同角度和技术路线展示太赫兹波束调控、动态扫描与波前整形的研究，包括偏振旋转与光学抽运的波束偏折、级联调控、大角度偏折、机械式波束扫描、液晶超表面主动偏折与波前调控、磁光超表面主动偏折与波前调控，这些技术有望广泛应用于通信、雷达和成像系统中;第9章展示了太赫兹波束调控与光谱检测技术的融合，应用于手性物质的检测中。

本书针对太赫兹通信、雷达、成像和传感系统中波束调控技术的重要应用，系统介绍了太赫兹波束调控前沿研究进展，重点阐述了太赫兹波束调控的基本原理、设计方法、器件制备和表征技术；内容涉及半导体光电调制、机械调控、液晶调控和磁光调控等多种动态波束调控方法，涵盖太赫兹波束强度、偏振、自旋和轨道角动量等多种电磁参量的主动调控技术；并探讨太赫兹波束调控在传感检测、信号调制、扫描成像中的重要应用。

本书可供从事太赫兹应用系统、太赫兹功能器件、太赫兹光场调控等领域的科研人员作为参考，也可用于电磁场与微波、光电信息等相关专业研究生和高年级本科生教学作为参考书。

目录

第 1 章 太赫兹技术及其波束调控简介

1.1 太赫兹技术简介

1.1.1 太赫兹波的基本概念

1.1.2 太赫兹波的基本特性

1.1.3 太赫兹技术的主要应用领域

1.2 太赫兹功能器件技术

1.2.1 电磁超材料与超表面简介

1.2.2 太赫兹功能器件简介

1.2.3 太赫兹功能器件的调控机理及调控方式

1.2.4 主动调控太赫兹器件研究进展

1.3 太赫兹波束调控技术研究进展

1.3.1 波束调控的主要方法

1.3.2 波前调控超表面的分类

1.3.3 太赫兹波束调控器件研究进展

1.4 本章小结

参考文献

第 2 章 太赫兹波束调控的电磁理论基础

2.1 超表面局域相位调控理论

2.1.1 广义斯涅尔定律

2.1.2 常用相位调控机理

2.2 超表面非局域衍射调控理论

2.2.1 非局域衍射调控原理

2.2.2 非局域衍射调控方法

2.3 超表面偏振调控理论

2.3.1 光波的偏振及琼斯矩阵

2.3.2 超表面的偏振调控

2.4 幅度调控理论

2.4.1 基于载流子浓度的调幅原理

2.4.2 基于谐振超表面的调幅原理

参考文献

第 3 章 太赫兹波束调控的实验表征技术

3.1 太赫兹时域光谱技术

3.2 太赫兹偏振与手性光谱表征技术

3.3 太赫兹单频传输与探测技术

3.3.1 太赫兹单频辐射源和探测器

3.3.2 单频太赫兹波束扫描与成像探测系统

参考文献

第 4 章 太赫兹几何相位超表面波束偏折调控技术

4.1 基于偏振旋转与光学抽运的主动式太赫兹偏折波束调制

4.1.1 双层全介质超表面的设计

4.1.2 基于偏振旋转的偏折波束能量分配

4.1.3 基于光学抽运的偏折波束开关调制

4.2 太赫兹级联超表面的自旋对称与非对称波束衍射

4.2.1 级联超表面的设计

4.2.2 非对称的波束衍射

4.2.3 对称的波束衍射

4.2.4 基于 1/4 波片旋转的波束能量分配

参考文献

第 5 章 太赫兹局域与非局域衍射波束定向发射技术

5.1 基于局域相位调控的波束定向发射

5.1.1 用于波束定向发射的介质超表面设计与仿真

5.1.2 局域调控的性能极限

5.2 基于局域相位调控的单像素成像

5.2.1 单像素成像基本原理

5.2.2 频率复用单像素成像原理

5.2.3 频率复用单像素成像的实验研究

5.3 非局域衍射型超表面的大角度偏折技术

5.3.1 基于模式分析法的衍射调控自由度分析

5.3.2 大角度偏折超表面的设计制备与表征

5.3.3 双向不对称波束定向发射技术

5.4 非局域衍射型超表面的多级波前调控

5.4.1 设计原理

5.4.2 样品制备及实验结果

参考文献

第 6 章 太赫兹非局域超表面机械式波束扫描技术

6.1 基于面内伸缩的太赫兹波束扫描技术

6.1.1 伸缩式动态波束扫描研究

6.1.2 偏振无关和角度无关的定向发射超表面

6.1.3 伸缩式动态回射器件研究

6.2 基于面内扭转的太赫兹机械波束扫描技术

6.2.1 级联衍射机制

6.2.2 双层超表面的设计与制备

6.2.3 基于双层面内旋转超表面的主动波束扫描

6.3 太赫兹多波束扫描技术

6.3.1 多波束扫描机制及轨迹对称性控制原理

6.3.2 双波束及四波束主动扫描的实验研究

6.4 基于几何相位的单 / 多波束扫描技术

6.4.1 原理与结构设计

6.4.2 单层 PB 超表面实验测试

6.4.3 单波束扫描的测试结果

6.4.4 双波束扫描的测试结果

6.4.5 动态波束扫描

参考文献

第 7 章 太赫兹液晶超表面主动波束调控技术

7.1 液晶材料在太赫兹波段的特性

7.1.1 液晶物理特性简介

7.1.2 液晶在太赫兹波段的光学性质

7.1.3 太赫兹液晶盒封装与透明电极技术

7.2 液晶 - 金属超表面太赫兹主动波束偏折器件

7.2.1 金属超表面的设计与制备

7.2.2 太赫兹液晶 - 金属超表面主动波束偏折调控

7.3 液晶 - 全介质超表面太赫兹主动波束偏折器件

7.3.1 液晶和全介质超表面的相移匹配机理

7.3.2 太赫兹液晶 - PB 超表面自旋对称主动波束偏折调控

7.3.3 太赫兹液晶 - 手性超表面自旋解耦主动波束偏折调控

7.4 液晶级联超表面太赫兹主动波束偏折器件

7.4.1 级联超表面的设计与仿真分析

7.4.2 太赫兹液晶级联超表面的偏振和手性调控

7.4.3 基于手性构筑机理的主动波束偏折调控

7.5 液晶级联超表面太赫兹矢量 - 涡旋波束调控器件

7.5.1 级联超表面的设计与实验表征

7.5.2 太赫兹涡旋 - 矢量光束的动态转换

7.5.3 液晶级联超表面的手性和非手性场调控

参考文献

第 8 章 太赫兹磁光超表面主动波束调控技术

8.1 磁光材料在太赫兹波段的特性

8.1.1 磁光效应机理与类型

8.1.2 YIG 材料的太赫兹磁光性质

8.1.3 InSb 材料的太赫兹磁光性质

8.2 太赫兹磁光非互易波束偏折器件

8.2.1 基于几何相位的反射式磁光光束偏折器设计

8.2.2 基于各向异性超表面的太赫兹主动波束偏折器

8.2.3 基于 YIG - 几何相位超表面的太赫兹主动波束偏折器

8.3 太赫兹磁光手性波束调控理论及其器件

8.3.1 手性 - 波矢 - 磁场色散关系的理论分析

8.3.2 手性 - 波矢 - 磁场色散关系的实验验证与偏折调控

8.4 太赫兹特殊光束磁光调控器件研究

8.4.1 太赫兹磁光特殊光束调控器件

8.4.2 太赫兹主动磁光涡旋光束生成器

参考文献

第 9 章 基于几何相位超表面的太赫兹手性物质识别技术

9.1 基于几何相位超表面的手性识别基本原理

9.2 基于几何相位超表面的手性识别的建模与仿真

9.2.1 几何相位超单元结构设计

9.2.2 氨基酸的太赫兹手性电磁响应建模

9.2.3 几何相位超表面手性对映异构体识别的数值仿真

9.3 基于几何相位超表面的氨基酸手性对映异构体识别实验

9.3.1 氨基酸对映异构体样品制备

9.3.2 氨基酸样品的光谱测量

9.3.3 氨基酸手性对映异构体识别实验

参考文献