Frontiers of Optoelectronics，2021年第一期（太赫兹科学与应用专刊）

Special Issue onTerahertzScienceandapplications

专刊介绍

太赫兹（THz）波段位于微波/毫米波和红外辐射之间，历史上，由于THz波难以产生和检测，这一波段被人们称为“THz间隙”。然而，20世纪80年代以来，半导体光电子学、超快光学和超快电子学的迅速发展，极大地推动了THz波产生、探测和应用的研究。在过去的几十年里，科学家们已经取得了许多突破，其中包括高性能THz源、灵敏的THz探测器以及THz波与物质的相互作用等。THz波具有低的光子能量和非电离特性，它们能穿透大多数非导电材料，许多复杂分子在THz波段具有分子内/分子间的旋转或振动模式。由于这些独特的特性，THz波在分子指纹检测、诊断成像、安全与反恐、宽带通信、天文等领域有着越来越广泛的应用。

近年来，纳米光子学的迅速发展为实现THz辐射的调控开辟了新的道路。科学家们正在尝试利用二维（2D）材料独特的光电特性设计下一代的THz光电探测器；超表面为设计超灵敏得THz传感器提供了一个新的平台，使得比经典THz光谱更精确的检测成为可能；光的拓扑相位的发现则为THz波段的片上通信提供了可能的解决方案。

本期“太赫兹科学与应用”专刊包括五篇综述文章和一篇研究性论文，涵盖了上面所提到的大部分主题。首都师范大学的张岩教授课题组系统而全面地回顾了强THz辐射的产生、探测和应用的研究进展。介绍了拓扑绝缘体、自旋电子材料、超表面等新兴技术在THz波段应用。美国Rochester大学的金琪等人回顾了张希成教授课题组在利用液态水产生THz辐射方面的开创性工作。他们提出了一种与有质动力诱导偶极子有关的激光诱导等离子体形成的模型来解释液态水产生THz辐射的过程。他们对单色激励和双色激励方案都进行了实验验证，结果表明在相同的实验条件下，与空气相比，采用水膜能得到更强的THz电场。加拿大国立科学研究院的T. OZAKI教授课题组等人回顾了采用大孔径光电导天线（LAPCA）产生强THz脉冲的历史演变和最新发展，LAPCA通常可以分为大孔径偶极子天线和具有叉指电极的天线两种，通过总结在这些强THz光电导发射器研发和表征方面所取得的成果，他们表明LAPCA是一种非常有吸引力的紧凑型THz源，能够在室温下高效稳定地工作。中科院太赫兹固态技术重点实验室曹俊诚教授课题组报道了基于侧向取样光栅的单模太赫兹量子级联激光器（THz-QCLs），其发射频率约为3.4THz，实验结果表明，采用这种新的光栅设计激光器的边模抑制比大于20dB，与均匀分布反馈光栅器件相比峰值功率提高了11.8%。澳大利亚Wollongong大学张潮教授课题组对包括Weyl半金属（WSMs）和α-T₃系统在内的拓扑材料在THz波段的电荷输运和非线性效应（如高次谐波产生）进行了理论研究，研究结果为发展基于拓扑材料的非线性THz器件提供了有用的信息。美国Rice大学J.KONO教授课题组介绍了强磁场下THz时域光谱（THz-TDS）的最新发展，讨论了不同类型的磁体在THz-TDS实验中的优缺点，着重介绍了强磁场下THz-TDS所揭示的新的有趣的物理现象。

本期专刊的目录如下：

EDITORIAL

Preface to the special issue on “Terahertz Science and Applications”

Xinliang ZHANG, Xiaojun WU

Frontiers of Optoelectronics, 2021, 14(1): 1 -3

DOI: 10.1007/s12200-021-1224-2

REVIEW ARTICLE

Intense terahertz radiation: generation and application

Yan ZHANG, Kaixuan LI, Huan ZHAO

Frontiers of Optoelectronics, 2021, 14(1): 4 -36

REVIEW ARTICLE

Terahertz aqueous photonics

Qi JIN, Yiwen E, Xi-Cheng ZHANG

Frontiers of Optoelectronics, 2021, 14(1): 37 -63

REVIEW ARTICLE

Intense terahertz generation from photoconductive antennas

Elchin ISGANDAROV, Xavier ROPAGNOL, Mangaljit SINGH, Tsuneyuki OZAKI

Frontiers of Optoelectronics, 2021, 14(1): 64 -93

RESEARCH ARTICLE

Terahertz quantum cascade lasers with sampled lateral gratings for single mode operation

Dixiang SHAO, Chen YAO, Zhanglong FU, Wenjian WAN, Ziping LI, Juncheng CAO

Frontiers of Optoelectronics, 2021, 14(1): 94 -98

REVIEW ARTICLE

Nonlinear effects in topological materials

Jack W. ZUBER, Chao ZHANG

Frontiers of Optoelectronics, 2021, 14(1): 99 -109

REVIEWARTICLE

Time-domain terahertz spectroscopy in high magnetic fields

Andrey BAYDIN, Takuma MAKIHARA, Nicolas Marquez PERACA, Junichiro KONO

Frontiers of Optoelectronics, 2021, 14(1): 110 -129

专刊编辑

张新亮，华中科技大学

吴晓君，北京航空航天大学