Collaborative Research: Manipulating Terehertz wave using three-dimensional metamaterials

合作研究:利用三维超材料操纵太赫兹波

基本信息

  • 批准号:
    1232134
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 22.3万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-09-01 至 2015-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Collaborative Research: Manipulating terahertz waves using three-dimensional metamaterialsPI: Cheng Sun, Weili Zhang, John F. O'Hara, Proposal No. 1232134ABSTRACTIntellectual Merit: Terahertz (THz) waves remain one of the most underdeveloped regions of the electromagnetic spectrum, despite the great promise for potential applications in remote sensing, imaging, spectroscopy, and communications. THz waves carry unique molecular signatures that are not available in the rest of the electromagnetic spectrum. In particular, THz waves offer the opportunity for transformational advances in homeland security, such as applications in standoff detection and identification of concealed explosive targets. However, THz waves have proven very challenging to control due to a paucity of electromagnetic materials with an effective response at THz frequencies. This ?THz gap? results in a great impediment for the development of functional THz optical components and systems. In view of these challenges, the objective of this research proposal is to develop a synergetic approach that incorporates Transformation Optics (TO) theory, metamaterial design using the effective media approximation, scalable three-dimensional (3D) fabrication technologies, and a method of experimental validation to explore a range of novel THz optical components: 1) TO-enabled aberration free THz imaging lens, and 2) an integrated THz spectroscopy platform. The collaborative research proposed here will undoubtedly initiate new possibilities for a variety of much needed THz applications with unprecedented functionalities. Broader Impact: This research addresses the grand challenges surrounding the spectroscopically important THz frequency range by offering a fundamentally new solution to control the flow of these waves. The fruition of this research is expected to be the forging of bridges between the multiple disciplines for creating a new field of THz Metamaterials, while training the next generation of scientific and engineering leadership in an interdisciplinary learning environment. The innovations obtained from this research represent a technological breakthrough, which will usher in a new generation of THz optical systems with greatly improved resolution, efficiency, and miniaturization to meet the needs of commercial and military applications. The proposed THz 3D metamaterials concept and integrated research protocol can be further extended to the broad electromagnetic wave spectrum for stealth technology, advanced communication systems, medical imaging, and remote sensing.
合作研究:使用三维超材料操纵太赫兹波 PI:Cheng Sun、Weili 张、John F. O'Hara,提案号 1232134 摘要智力优点:太赫兹 (THz) 波仍然是电磁频谱中最不发达的区域之一,尽管在遥感、成像、光谱学和通信等领域的潜在应用前景广阔。太赫兹波具有其他电磁波谱中所没有的独特分子特征。特别是,太赫兹波为国土安全领域的变革性进步提供了机会,例如在远距离探测和隐藏爆炸目标识别中的应用。然而,由于缺乏在太赫兹频率下有效响应的电磁材料,太赫兹波的控制已被证明非常具有挑战性。这个“太赫兹间隙”?这给功能性太赫兹光学器件和系统的发展带来了很大的障碍。鉴于这些挑战,本研究提案的目标是开发一种协同方法,结合变换光学 (TO) 理论、使用有效介质近似的超材料设计、可扩展的三维 (3D) 制造技术以及实验方法验证以探索一系列新型太赫兹光学组件:1) 支持 TO 的无像差太赫兹成像镜头,2) 集成太赫兹光谱平台。这里提出的合作研究无疑将为各种急需的具有前所未有的功能的太赫兹应用带来新的可能性。更广泛的影响:这项研究通过提供一种全新的解决方案来控制这些波的流动,解决了围绕光谱重要的太赫兹频率范围的巨大挑战。这项研究的成果预计将在多个学科之间架起桥梁,创建太赫兹超材料的新领域,同时在跨学科学习环境中培训下一代科学和工程领导力。这项研究获得的创新成果代表了一项技术突破,将迎来分辨率、效率和小型化大幅提高的新一代太赫兹光​​学系统,以满足商业和军事应用的需求。所提出的太赫兹3D超材料概念和综合研究协议可以进一步扩展到隐身技术、先进通信系统、医学成像和遥感的广泛电磁波频谱。

项目成果

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