'n Metadeapparaat om THz-golffronte dinamies te beheer deur lae van kaskade meta-oppervlaktes te draai. Krediet: Sjanghai Universiteit
Cascaded meta-oppervlaktes vir dinamiese beheer van THz-golffronte
Elektromagnetiese (EM) golwe in die terahertz (THz)-regime dra by tot belangrike toepassings in kommunikasie, sekuriteitsbeelding en bio- en chemiese waarneming. Sulke wye toepaslikheid het aansienlike tegnologiese vooruitgang tot gevolg gehad. As gevolg van swak interaksies tussen natuurlike materiale en THz-golwe, is konvensionele THz-toestelle egter tipies lywig en ondoeltreffend. Alhoewel ultrakompakte aktiewe THz-toestelle wel bestaan, het huidige elektroniese en fotoniese benaderings tot dinamiese beheer gebrek aan doeltreffendheid.
Onlangs het vinnige ontwikkelings in meta-oppervlaktes nuwe moontlikhede geopen vir die skepping van hoë-doeltreffendheid, ultrakompakte THz-toestelle vir dinamiese golffrontbeheer. Ultradun metamateriale wat gevorm word deur subgolflengte-planêre mikrostrukture (dws meta-atome), meta-oppervlaktes maak pasgemaakte optiese response moontlik vir beheer van EM-golffronte. Deur meta-oppervlaktes te konstrueer wat sekere vooraf ontwerpte faseprofiele vir oorgedra of gereflekteerde golwe besit, het wetenskaplikes fassinerende golfmanipulasie-effekte getoon, soos afwykende ligafbuiging, polarisasiemanipulasie, fotoniese spin-Hall en hologramme.
Demonstrasie van die dinamiese balkstuur-metadeapparaat: (a) Skematika van die metadeapparaat, wat bestaan uit twee lae deurlaatbare metaoppervlaktes wat deur 'n gemotoriseerde rotasiestadium in lyn gebring word. (b) Boaansig (links) en (c) onderaansig (regs) SEM-prente van die vervaardigde metatoestel. (d) Skematika van die eksperimentele opstelling wat getoon word om die meta-toestel te karakteriseer. (e) Eksperimentele en (f) gesimuleerde ver-veldverstrooiingskragverspreidings met die metadetoestel wat deur 'n LCP-lig op 0.7 THz verlig word, en langs Pad I op verskillende tydstip ontwikkel. (g) Evolusie van oorgedra golfrigtings op die sfeer van k rigting soos die metadetoestel langs Pad I en Pad II beweeg, met soliede lyn (ster-simbole) wat die gesimuleerde (eksperimentele) resultate aandui. Hier dui die blou streek die soliede hoek aan vir bundelstuurdekking. Krediet: X. Cai et al., doi 10.1117/1.AP.3.3.036003
Boonop maak die integrasie van aktiewe elemente met individuele meta-atome binne passiewe metaoppervlaktes "aktiewe" metadeapparate moontlik wat EM-golffronte dinamies kan manipuleer. Terwyl aktiewe elemente in diep subgolflengtes maklik in die mikrogolf regime gevind kan word (bv. PIN-diodes en varaktors), en suksesvol bydra tot aktiewe metadeapparate vir straalstuur, programmeerbare hologramme en dinamiese beeldvorming, is dit moeilik om te skep by frekwensies hoër as THz . Hierdie probleem is te wyte aan groottebeperkings en aansienlike ohmiese verliese in elektroniese stroombane. Alhoewel THz-frekwensies THz-bundels op 'n eenvormige wyse kan beheer, is hulle tipies nie in staat om die THz-golffronte dinamies te manipuleer nie. Dit is uiteindelik te wyte aan tekortkominge in die plaaslike afstemmingsvermoëns by diep-subgolflengteskale in hierdie frekwensiedomein. Daarom is die ontwikkeling van nuwe benaderings wat afhanklikheid van plaaslike afstemming omseil 'n prioriteit.
Soos gerapporteer in Gevorderde fotonika, navorsers van Sjanghai Universiteit en Fudan Universiteit ontwikkel 'n algemene raamwerk en metadevices vir die bereiking van dinamiese beheer van THz golffronte. In plaas daarvan om die individuele meta-atome in 'n THz-meta-oppervlak plaaslik te beheer (bv. via PIN-diode, varactor, ens.), verander hulle die polarisasie van 'n ligstraal met roterende meerlaag-gekaskadede meta-oppervlaktes. Hulle demonstreer dat die rotasie van verskillende lae (elkeen wat 'n spesifieke faseprofiel vertoon) in 'n kaskade-metadetoestel teen verskillende snelhede die effektiewe Jones-matriks-eienskap van die hele toestel dinamies kan verander, wat buitengewone manipulasies van die golffront en polarisasie-eienskappe van THz-strale bewerkstellig. Twee metadetoestelle word gedemonstreer: die eerste metadetoestel kan 'n normaalweg invallende THz-bundel doeltreffend herlei om oor 'n wye soliede hoekreeks te skandeer, terwyl die tweede een beide golffront en polarisasie van 'n THz-bundel dinamies kan manipuleer.
Hierdie werk stel 'n aantreklike alternatiewe manier voor om laekoste dinamiese beheer van THz-golwe te bereik. Die navorsers hoop dat die werk toekomstige toepassings in THz-radar, sowel as bio- en chemiese waarneming en beelding sal inspireer.
Verwysing: "Dynamiese beheer van terahertz-golffronte met kaskade metasoppervlaktes" deur Xiaodong Cai, Rong Tang, Haoyang Zhou, Qiushi Li, Shaojie Ma, Dongyi Wang, Tong Liu, Xiaohui Ling, Wei Tan, Qiong He, Shiyi Xiao en Lei Zhou, 26 2021, Gevorderde fotonika.
DOI: 10.1117/1.AP.3.3.036003
