前言

太赫兹波通常指频率为0.1～10 THz（1 THz=1012 Hz）的电磁波，其处于传统电子学与光子学、微波与光波的过渡区域，太赫兹波的宽带、低能量、高穿透性及分子指纹谱等独特性质使其在通信、雷达、安全、生物、环境、天文等多个重要领域展现出巨大的应用前景。作为世界各国争相布局的关键技术之一，太赫兹技术已成为21世纪的新兴前沿领域。

随着太赫兹波产生和探测技术的快速发展，太赫兹光场调控器件也成为构建各类太赫兹系统的重要环节。对太赫兹波振幅、相位、偏振、波前的调控是实现信息传输的基础，是有效驾驭太赫兹波的关键。传统的曲面折射型和衍射型功能器件结构笨重，且波束操控能力有限，而超材料和超表面的发展突破了传统器件在材料与结构上的束缚，依靠人工设计的微纳结构产生从基本材料无法获取的光学响应，给波束操控带来了前所未有的自由度。尽管太赫兹波是最后一段被开发利用的电磁波，但太赫兹超表面的发展相比其他波段的超表面并没有滞后。超表面蓬勃发展的二十多年为太赫兹光场调控技术的进步提供了良好的契机，许多器件实现了从无到有和从有到优的跨越，对促进太赫兹技术的基础研究和产业发展都具有重要意义。

由于太赫兹波独特的频谱位置，太赫兹超表面既可以借鉴相邻波段的调控技术，又因材料响应和加工方式等差异而具有特殊性。因此，本书在兼顾通用性和特殊性的基础上，系统介绍超表面波束操控的基本原理、常用的太赫兹超表面功能器件和典型的系统应用。本书对从事太赫兹功能器件研究的专业技术人员，以及高等院校、科研院所相关方向的研究生和高年级本科生具有参考价值。本书相比现有超表面相关书籍，提供更多的太赫兹频段的独特视角；而相比太赫兹技术书籍，提供光场调控理论基础和新的应用方向。

本书共9章。第1章概述超材料与超表面的概念、发展及太赫兹超表面的发展动态；第2章系统介绍超表面光场调控的基本理论，内容涉及等效媒质理论、传输线、谐振电路模型，以及相位、偏振和波前调控理论，明确波束操控机理；第3章介绍超表面的优化设计数学方法，完成从物理响应到结构参数的映射；第4章介绍太赫兹超表面常用的加工手段和实验表征系统；第5～9章分别从波前调控、偏振调控、多功能集成、放大器件和传感检测应用的角度介绍各类太赫兹超表面器件的设计方法、理论分析和实验论证。

本书的部分研究工作得到了国家自然科学基金重点项目（61831012）、面上项目（62175118）、青年项目（61805123）及国家重点研发计划项目（2017YFA0701002）的大力支持。作者所在课题组的博士研究生董希谱、张子杨、关胜男和硕士研究生袁以吴、杨洋、徐海峰、王宇、李帆等也参与了本书的校对工作，在此表示衷心感谢。

由于作者水平有限，书中难免存在不足之处，恳请广大读者批评指正。

常胜江

于南开大学

2022年11月