利用柔性超表面实现对THz波的全矢量调控

太赫兹(THz)波通常是指频率在0.1-10 THz范围内的一段尚未完全开发的电磁波,其波段介于微波和红外光之间。THz波在电磁波谱中处于特殊的位置,具有光子能量低、频谱宽、穿透性强等独特的性质,这使其在无线通信、生物医学、无损检测等诸多领域具有广泛的应用前景。近年来,THz科学技术得到快速的发展,世界多国都给予其极大关注。

与光波相比,THz波在电介质中的传输损耗很大;与微波相比,THz波在金属腔中传输时损耗也很大,这种高损耗特性极大地制约了相关功能器件的传统设计。近年来出现的超表面技术可以在亚波长尺度实现对电磁波相位、振幅、偏振等的有效控制,从而为THz功能器件的设计提供了一种全新的可能。

图1. 样品图、实验光路示意图和聚焦功能展示

近期,西安交通大学和深圳大学梁华伟研究团队合作设计了一种可以在THz波大气窗口之一-0.14 THz波段对相位、偏振、振幅进行有效调控的柔性超表面,进而实现了偏振转化、聚焦、艾里波束等多种调控功能。所设计的柔性超表面器件总厚度仅为工作波长的6.3% (135 mm),因而可以极大消除材料的本征吸收损耗对调控效率的影响。进一步,利用目前商用成熟的柔性电路板加工技术制作了超表面,实验实现了多种THz波的调控功能。由于所用的加工工艺已经非常成熟,加工成本低廉,便于大面积、大批量制作,这为其从实验室走向真正的应用提供了极大的便利。此外,柔性基底的使用对THz超表面在可穿戴便携式器件上应用的积极探索,具有重要的应用前景。相关文章在线发表在Advanced Optical Materials(DOI: 10.1002/adom.201700486)上。

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