第45卷，第8期光谱学与光谱分析Vol45,No.8,pp2101-2109
2025年8月SpectroscopyandSpectralAnalysisAugust,2025
超表面在太赫兹超分辨率成像中的应用研究进展
450001
1．河南工业大学粮食信息处理与控制教育部重点实验室，河南郑州
2.河南工业大学河南省粮食光电探测与控制重点实验室，河南郑州450001
3.河南工业大学信息科学与工程学院，河南郑州450001
4.河南工业大学人工智能与大数据学院，河南郑州450001
摘要太赫兹（Terahertz，THz)辐射具有高穿透性、低能量特性以及独特的指纹谱特性，在无损检测、生
物医学成像、安全检查和通信等领域具有广泛应用前景。传统THz成像系统受限于较长的波长及波段内缺
乏高透射率天然材料的限制，其在分辨率和灵敏度方面存在显著不足，难以满足高精度与痕量检测的技术
需求。超表面由亚波长尺度的结构单元构成，可通过对电磁波相位、振幅及偏振的调控，实现对THz波传
播的精确控制，突破传统光学系统的衍射极限，为THz超分辨率成像提供了解决思路。本文综述了超表面
在THz超分辨率成像中的最新研究进展，重点阐述了多种超表面结构类型的设计原理及应用表现。共振结
构通过在特定频率下的局域场增强实现高对比度成像；梯度相位结构通过相位渐变实现THz波的精确引
导；多层超表面则依托叠层设计实现对相位与振幅的复杂调控；亚波长光栅凭借精细的波前控制能力在超
分辨率成像中表现出优越性能；而超材料反射阵列则在无需透镜的条件下实现高分辨率的波前调制。探讨
了实现高效THz超表面的关键设计要素，包括结构设计策略、材料选取及相位与振幅的精确调控方法，并
分析了优化设计与新型材料在提升THz成像性能及拓展其应用范围方面的潜力。此外，针对当前THz成像
中超表面技术面临的制造工艺复杂性、系统兼容性不足及材料响应限制等挑战，提出了未来的研究方向，主
要包括：一是开发新型低损耗材料，以提升THz波的传输效率和相位控制能力；二是结合人工智能，优化
超表面的设计和性能；三是推动系统集成与微型化，开发便携式THz成像设备，拓展其在高精度成像、医
疗诊断和安全检查等领域的应用。随着新材料、智能设计和微型化技术的不断进步，THz超表面技术有望
在未来实现更广泛的应用，推动高精度成像和便携式设备的普及，为科学探索和工业创新开辟新的可能性。
关键词太赫兹成像；超材料；超表面；超分辨率成像；波前调控
中图分类号：0433.4文献标识码：RD0l:10.3964/j.issn.1000-0593(2025)08-2101-09
THz成像系统在分辨率和灵敏度方面存在不足，难以满足精
引言细、痕量检测的需求。传统THz器件因体积大、重量重、功
能受限等问题，以及在THz波段缺乏高透射率的天然材料，
THz波通常定义为频率范围在0.1～10THz之间[1,导致相关技术发展相对缓慢，限制了THz技术的持续进展[7]。
其对应的波长在30μm至3mm之间，位于微波和红外线之超表面是一种由亚波长结构构成的超薄表面，通过控制
间（如图1所示），具有高穿透性、低能量、指纹谱等特性，波面的相位、振幅和偏振来精确调控光的传播特性，从而突
在无损检测、生物医学、安全检查和通信等领域具有广泛应破传统光学系统的衍射限制[8]。通过对纳米级或微米级结构
用前景[2-5]。随着THz成像技术的不断发展，市场对THz器的精确调节，超表面可执行聚焦、转向和滤