カスケードされたメタサーフェスのレイヤーを回転させることにより、THz波面を動的に制御するためのメタデバイス。 クレジット：上海大学
THz波面の動的制御のためのカスケードメタサーフェス
テラヘルツ（THz）レジームの電磁波（EM）波は、通信、セキュリティイメージング、および生物および化学センシングにおける重要なアプリケーションに貢献します。 このような幅広い適用性は、重要な技術的進歩をもたらしました。 ただし、天然素材とTHz波の間の相互作用が弱いため、従来のTHzデバイスは通常かさばり、非効率的です。 超小型のアクティブTHzデバイスは存在しますが、動的制御に対する現在の電子的およびフォトニックなアプローチは効率に欠けています。
最近、メタサーフェスの急速な発展により、動的波面制御用の高効率で超小型のTHzデバイスを作成するための新しい可能性が開かれました。 サブ波長の平面微細構造（すなわち、メタ原子）によって形成された極薄のメタマテリアルであるメタサーフェスは、EM波面を制御するための調整された光学応答を可能にします。 科学者は、透過波または反射波に対して事前に設計された特定の位相プロファイルを持つメタサーフェスを構築することにより、異常な光の偏向、偏光操作、フォトニックスピンホール、ホログラムなどの魅力的な波操作効果を実証しました。
動的ビームステアリングメタデバイスのデモンストレーション：（a）メタデバイスの概略図。これは、電動回転ステージによって整列された透過型メタサーフェスの0.7つの層で構成されています。 （b）上面図（左）および（c）底面図（右）製造されたメタデバイスのSEM写真。 （d）メタデバイスを特徴づけるために示された実験装置の概略図。 （e）実験および（f）10.1117 THzのLCP光で照らされ、さまざまな時点でパスIに沿って進化するメタデバイスを使用した、シミュレートされた遠方場散乱パワー分布。 （g）メタデバイスがパスIおよびパスIIに沿って移動するときの、k方向の球上の送信波方向の変化。実線（星印）は、シミュレートされた（実験的な）結果を示します。 ここで、青い領域はビームステアリングカバレッジの立体角を示します。 クレジット：X。Cai et al。、doi 1 / 3.3.036003.AP.XNUMX
さらに、パッシブメタサーフェス内の個々のメタ原子とアクティブ要素を統合することで、EM波面を動的に操作できる「アクティブ」メタデバイスが可能になります。 深いサブ波長のアクティブな要素はマイクロ波領域で簡単に見つかり（PINダイオードやバラクターなど）、ビームステアリング、プログラム可能なホログラム、ダイナミックイメージング用のアクティブなメタデバイスにうまく貢献しますが、THzより高い周波数で作成することは困難です。 。 この問題は、電子回路のサイズ制限と重大なオーム損失によるものです。 THz周波数はTHzビームを均一に制御できますが、通常、THz波面を動的に操作することはできません。 これは最終的に、この周波数領域の深サブ波長スケールでのローカルチューニング機能の欠陥によるものです。 したがって、ローカルチューニングへの依存を回避する新しいアプローチを開発することが優先事項です。
報告されているとおり 高度なフォトニクス、上海大学と復旦大学の研究者は、THz波面の動的制御を実現するための一般的なフレームワークとメタデバイスを開発しました。 THzメタ表面の個々のメタ原子を局所的に制御する代わりに（たとえば、PINダイオード、バラクターなどを介して）、回転する多層カスケードメタ表面で光ビームの偏光を変化させます。 彼らは、カスケードされたメタデバイス内の異なる層（それぞれが特定の位相プロファイルを示す）を異なる速度で回転させると、デバイス全体の有効なジョーンズマトリックス特性を動的に変更し、THzビームの波面および偏光特性の異常な操作を実現できることを示しています。 XNUMXつのメタデバイスが示されています。最初のメタデバイスは、垂直に入射するTHzビームを効率的にリダイレクトして、広い立体角範囲をスキャンし、XNUMX番目のメタデバイスはTHzビームの波面と偏光の両方を動的に操作できます。
この作業は、THz波の低コストの動的制御を実現するための魅力的な代替方法を提案します。 研究者たちは、この作業がTHzレーダーの将来のアプリケーション、および生物的および化学的センシングとイメージングに刺激を与えることを望んでいます。
参考：「カスケードメタサーフェスによるテラヘルツ波面の動的制御」、Xiaodong Cai、Rong Tang、Haoyang Zhou、Qiushi Li、Shaojie Ma、Dongyi Wang、Tong Liu、Xiaohui Ling、Wei Tan、Qiong He、Shiyi Xiao、Lei Zhou、26月2021日XNUMX年、 高度なフォトニクス.
DOI：10.1117 / 1.AP.3.3.036003
