电子科大胡旻课题组

聚焦太赫兹前沿基础研究、辐射源开发与应用发展,推动太赫兹技术创新

团队研究主要集中在太赫兹前沿的基础研究,太赫兹辐射源的开发,以及太赫兹应用的发展。 通过理论创新、器件设计和系统集成,为太赫兹技术的产业化应用提供核心支撑。

基础研究

理论创新与基础物理机制探索

自由电子与表面等离子体相互作用: 提出利用自由电子结合表面等离子体激发产生电磁辐射的新机制,理论结果发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上,并得到《自然物理学》(Nature Physics)的高度评价。

太赫兹量子电磁学: 最近进一步提出了太赫兹量子电磁学的发展方向,探索太赫兹波段的量子现象和调控机制,为新一代量子器件奠定理论基础。

表面等离激元Cherenkov辐射: 系统研究表面等离激元Cherenkov辐射机制,为高效太赫兹辐射源设计提供理论指导。

重要成果

  • 发表于Physical Review Letters的表面等离激元Cherenkov辐射理论
  • 提出太赫兹量子电磁学新方向
  • 自由电子-表面等离子体相互作用机制创新

器件开发

高效太赫兹辐射源与器件设计

Smith-Purcell超辐射器件: 提出一种基于Smith-Purcell超辐射的小型化真空电子器件,通过创新的结构设计实现高效太赫兹辐射产生。

双电子注入技术: 开发基于Smith-Purcell双电子注入和亚波长空穴阵列结构产生的超辐射机理的衍射辐射器件。双电子注入通过结构耦合大大降低了器件的启动电流,提高了相互作用效率。

高性能指标: 相关器件在0.3 THz时可达到500 mW输出功率,以满足太赫兹应用的要求。研究结果发表在IEEE电子器件学报(IEEE Transactions on Electron Devices)上。

器件性能指标

0.3 THz
工作频率
500 mW
输出功率
启动电流
相互作用效率

太赫兹应用

近场成像系统与生物医学应用

THz-SNOM系统: 成功实现太赫兹近场显微镜系统THz-SNOM,这是国际上第一个基于真空电子学的太赫兹近场成像系统。

高分辨率成像: 有效解决了太赫兹近场系统中的信噪比问题,成功实现了20nm分辨率的太赫兹成像,突破了传统太赫兹成像技术的分辨率限制。

文物考古无损检测

太赫兹技术为文物保护和考古研究提供了全新的无损检测手段

三星堆青铜器检测

  • 全球首次太赫兹青铜文物三维层析成像
  • 检测青铜器锈层厚度、成分、分层结构
  • 发现罕见铅锡黄颜料,可能改写历史认知
  • 区分"好锈"与"坏锈",指导文物保护

秦始皇兵马俑检测

  • 2024年参与秦兵马俑2号坑考古工作
  • 可见光-太赫兹光电融合无损检测
  • 清晰呈现文物细节特征
  • 准确识别内部结构和潜在缺陷

石窟壁画检测

  • 新疆克孜尔石窟壁画无损检测
  • 穿透灰黑烟尘覆盖层,揭示被掩盖壁画
  • 分析颜料成分(朱砂、铅丹等)
  • 鉴别壁画制作工艺和材料来源

太赫兹无损检测技术优势

真正无损
光子能量仅为X射线的万分之一
高分辨率
成像精度达到20纳米
强穿透性
穿透陶瓷、木材、泥土等材料
指纹谱特性
不同物质独特的太赫兹吸收特征

生物医学应用: 已应用于病毒观察、牙齿脱矿质等多种生物医学场景,为生物医学研究提供了新的成像工具和分析方法。

主要应用场景

病毒观察
纳米级病毒结构成像
牙齿脱矿质检测
早期龋齿诊断
生物医学成像
细胞结构分析

技术规格

空间分辨率:20nm
成像方式:近场扫描光学显微镜
工作原理:基于真空电子学
信噪比:显著提升

研究成果统计

100+
学术论文
15+
顶级期刊
13年+
研究历程
20nm
成像分辨率

核心技术优势

理论创新

提出自由电子与表面等离子体相互作用新机制,为太赫兹辐射源设计提供理论基础

器件性能

双电子注入技术降低启动电流,提高相互作用效率,实现高功率太赫兹输出

成像突破

20nm高分辨率太赫兹近场成像,为生物医学研究和文物考古提供前所未有的观察能力

未来发展方向

太赫兹量子技术

深入发展太赫兹量子电磁学,探索太赫兹波段的量子现象,开发量子太赫兹器件和系统

集成化系统

推进太赫兹器件的集成化和小型化,开发便携式太赫兹成像系统和检测设备

产业化应用

拓展太赫兹技术在生物医学、安全检测、材料分析、文物保护等领域的产业化应用