用于太赫兹波前动态控制的级联超表面
太赫兹 (THz) 范围内的电磁 (EM) 波有助于在通信、安全成像以及生物和化学传感中的重要应用。 如此广泛的适用性导致了重大的技术进步。 然而,由于天然材料和太赫兹波之间的相互作用较弱,传统的太赫兹器件通常体积庞大且效率低下。 尽管确实存在超紧凑的有源太赫兹器件,但当前用于动态控制的电子和光子方法缺乏效率。
最近,超表面的快速发展为创建用于动态波前控制的高效、超紧凑 THz 器件开辟了新的可能性。 由亚波长平面微结构(即元原子)形成的超薄超材料,超表面能够定制光学响应以控制 EM 波前。 通过构建具有某些预先设计的透射波或反射波相位分布的超表面,科学家们已经展示了迷人的波操纵效应,例如异常光偏转、偏振操纵、光子自旋霍尔和全息图。
此外,将有源元件与无源超表面内的单个元原子集成在一起,可以实现可以动态操纵 EM 波前的“有源”元器件。 虽然深亚波长中的有源元件很容易在微波区域中找到(例如,PIN 二极管和变容二极管),并且成功地为用于光束控制、可编程全息图和动态成像的有源元器件做出了贡献,但它们很难在高于 THz 的频率下创建. 这种困难是由于电子电路中的尺寸限制和显着的欧姆损耗。 尽管太赫兹频率可以以统一的方式控制太赫兹光束,但它们通常无法动态操纵太赫兹波前。 这最终是由于该频域中深亚波长尺度的局部调谐能力不足。 因此,开发绕过对本地调整的依赖的新方法是当务之急。
据报道 先进的光子学上海大学和复旦大学的研究人员开发了一个通用框架和元设备,用于实现太赫兹波前的动态控制。 它们不是局部控制太赫兹超表面中的单个超原子(例如,通过 PIN 二极管、变容二极管等),而是通过旋转的多层级联超表面改变光束的偏振。 他们证明,在级联元器件中以不同速度旋转不同层(每个层都表现出特定的相位分布)可以动态地改变整个器件的有效琼斯矩阵特性,从而实现对太赫兹光束的波前和偏振特性的非凡操纵。 展示了两个元器件:第一个元器件可以有效地重定向正常入射的太赫兹光束以在宽立体角范围内进行扫描,而第二个元器件可以动态地操纵太赫兹光束的波前和偏振。
这项工作提出了一种有吸引力的替代方法来实现太赫兹波的低成本动态控制。 研究人员希望这项工作将激发未来在太赫兹雷达以及生物和化学传感和成像方面的应用。
参考文献:蔡晓东、唐荣、周浩洋、李秋实、马绍杰、王冬一、刘彤、凌晓辉、谭伟、何琼、肖世一和周磊的“用级联超表面动态控制太赫兹波前”,26 月 2021 日XNUMX年, 先进的光子学.
DOI:10.1117 / 1.AP.3.3.036003