Metaeszköz a THz-es hullámfrontok dinamikus vezérlésére kaszkádos metafelületek rétegeinek forgatásával. Köszönet: Shanghai Egyetem
Lépcsőzetes metafelületek a THz-es hullámfrontok dinamikus vezérléséhez
Az elektromágneses (EM) hullámok a terahertz (THz) rendszerben hozzájárulnak a kommunikáció, a biztonsági képalkotás, valamint a bio- és kémiai érzékelés fontos alkalmazásaihoz. Az ilyen széles körű alkalmazhatóság jelentős technológiai fejlődést eredményezett. A természetes anyagok és a THz-es hullámok közötti gyenge kölcsönhatások miatt azonban a hagyományos THz-es eszközök jellemzően terjedelmesek és nem hatékonyak. Bár léteznek ultrakompakt aktív THz-es eszközök, a dinamikus vezérlés jelenlegi elektronikus és fotonikus megközelítései nem hatékonyak.
A közelmúltban a metafelületek gyors fejlődése új lehetőségeket nyitott meg nagy hatásfokú, ultrakompakt THz-es eszközök létrehozására dinamikus hullámfront-szabályozásra. Az ultravékony metaanyagok, amelyeket szubhullámhosszú síkbeli mikrostruktúrák (azaz metaatomok), metafelületek alkotnak, testreszabott optikai válaszokat tesznek lehetővé az EM hullámfrontok szabályozásához. Az átvitt vagy visszavert hullámokhoz előre megtervezett fázisprofilokkal rendelkező metafelületek megalkotásával a tudósok lenyűgöző hullámmanipulációs hatásokat mutattak be, például rendellenes fényeltérítést, polarizációs manipulációt, fotonikus spin-Hallt és hologramokat.
A dinamikus sugárkormányzó metaeszköz bemutatása: (a) A metaeszköz vázlata, amely két réteg transzmissziós metafelületből áll, amelyeket egy motorizált forgási fokozat igazít el. (b) Felülnézet (balra) és (c) alulnézet (jobbra) SEM képek a gyártott metaeszközről. (d) A meta-eszköz jellemzésére bemutatott kísérleti összeállítás vázlata. (e) Kísérleti és (f) szimulált távoli szórásteljesítmény-eloszlás a metaeszközzel, amelyet LCP fénnyel világítanak meg 0.7 THz-en, és az I. út mentén fejlődnek különböző időpontokban. (g) Az átvitt hullámirányok alakulása a k irányú gömbön, amikor a metaeszköz az I. és a II. útvonalon mozog, a szimulált (kísérleti) eredményeket folyamatos vonallal (csillag-szimbólumok) jelölve. Itt a kék terület a sugárkormányzás térszögét jelöli. Jóváírás: X. Cai et al., doi 10.1117/1.AP.3.3.036003
Ezenkívül az aktív elemek és az egyes metaatomok passzív metafelületeken belüli integrálása lehetővé teszi az „aktív” metaeszközök létrehozását, amelyek képesek dinamikusan manipulálni az EM hullámfrontokat. Míg a mély szubhullámhosszúságú aktív elemek könnyen megtalálhatók a mikrohullámú üzemmódban (pl. PIN-diódák és varaktorok), és sikeresen hozzájárulnak a sugárirányításhoz, a programozható hologramokhoz és a dinamikus képalkotáshoz szükséges aktív metaeszközökhöz, THz-nél magasabb frekvenciákon nehéz létrehozni őket. . Ez a nehézség a méretkorlátozásból és az elektronikus áramkörök jelentős ohmos veszteségéből adódik. Bár a THz-es frekvenciák egységes módon tudják szabályozni a THz-es nyalábokat, jellemzően nem képesek dinamikusan manipulálni a THz-es hullámfrontokat. Ez végső soron a helyi hangolási képességek hiányosságainak tudható be a mély szubhullámhossz-skálákon ebben a frekvenciatartományban. Ezért prioritást élvez olyan új megközelítések kidolgozása, amelyek megkerülik a helyi hangolást.
Amint arról beszámoltam Haladó fotonika, a Shanghai Egyetem és a Fudan Egyetem kutatói általános keretrendszert és metaeszközöket fejlesztettek ki a THz-es hullámfrontok dinamikus szabályozására. Ahelyett, hogy egy THz-es metafelületen lokálisan szabályoznák az egyes metaatomokat (pl. PIN-diódával, varaktorral stb.), forgó többrétegű, kaszkádos metafelületekkel változtatják a fénysugár polarizációját. Bemutatják, hogy a kaszkádos metaeszközben a különböző rétegek (mindegyik egy adott fázisprofillal) különböző sebességgel történő forgatása dinamikusan megváltoztathatja az egész eszköz effektív Jones-mátrix tulajdonságát, ami rendkívüli manipulációkat tesz lehetővé a THz-es nyalábok hullámfrontjával és polarizációs jellemzőivel. Két metaeszközt mutatunk be: az első metaeszköz hatékonyan képes átirányítani egy normálisan beeső THz-es sugarat, hogy széles szilárdszögű tartományban pásztázzon, míg a második képes dinamikusan manipulálni a THz-es nyaláb hullámfrontját és polarizációját egyaránt.
Ez a munka egy vonzó alternatív módszert javasol a THz-hullámok alacsony költségű dinamikus szabályozásának elérésére. A kutatók azt remélik, hogy a munka ösztönözni fogja a jövőbeli THz-es radar alkalmazásokat, valamint a bio- és kémiai érzékelést és képalkotást.
Hivatkozás: „Terahertz hullámfrontok dinamikus vezérlése lépcsőzetes metafelületekkel”, Xiaodong Cai, Rong Tang, Haoyang Zhou, Qiushi Li, Shaojie Ma, Dongyi Wang, Tong Liu, Xiaohui Ling, Wei Tan, Qiong He, Shiyi Zhou, 26 Lei 2021 June XNUMX, Haladó fotonika.
DOI: 10.1117 / 1.AP.3.3.036003
