研究人員通過(guò)旋轉(zhuǎn)層疊超表面的層來(lái)動(dòng)態(tài)控制太赫茲波面
太赫茲（THz）系統(tǒng)中的電磁（EM）波在通信、安全成像、生物和化學(xué)傳感方面有著重要應(yīng)用。這種廣泛的適用性已經(jīng)帶來(lái)了重大的技術(shù)進(jìn)步。然而，由于天然材料和太赫茲波之間的弱相互作用，傳統(tǒng)的太赫茲設(shè)備通常是笨重和低效的。雖然超緊湊的有源太赫茲設(shè)備確實(shí)存在，但目前對(duì)電子和光子的動(dòng)態(tài)控制方法缺乏效率。 j Vs(x
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最近，超表面技術(shù)的快速發(fā)展為創(chuàng)建高效、超緊湊的動(dòng)態(tài)波前控制的太赫茲設(shè)備提供了新的可能性。超薄的超材料由亞波長(zhǎng)的平面微結(jié)構(gòu)（即超原子）形成，超表面能夠?yàn)榭刂齐姶挪嫣峁┒ㄖ频墓鈱W(xué)響應(yīng)。通過(guò)構(gòu)建具有某些預(yù)先設(shè)計(jì)的透射或反射波相位輪廓的元表面，科學(xué)家們已經(jīng)展示了有趣的波操縱效應(yīng)，如反常的光偏轉(zhuǎn)、偏振操縱、光子自旋霍爾和全息圖。 St_S l:m$
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動(dòng)態(tài)光束轉(zhuǎn)向元裝置的演示。(a) 元設(shè)備的示意圖，它由兩層透射元表面組成，通過(guò)電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)排列。(b) 制造的元裝置的俯視圖（左）和（c）底視圖（右）SEM照片。(d) 用于描述元器件的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。(e) 實(shí)驗(yàn)和(f)模擬的遠(yuǎn)場(chǎng)散射功率分布，元器件由0.7THz的LCP光照亮，并在不同時(shí)間段沿路徑I演化。(g) 當(dāng)元設(shè)備沿路徑I和路徑II移動(dòng)時(shí)，k方向球面上的傳輸波方向的演變，實(shí)線（星形符號(hào)）表示模擬（實(shí)驗(yàn)）的結(jié)果。這里，藍(lán)色區(qū)域表示波束轉(zhuǎn)向覆蓋的實(shí)體角度。 w?i)/q
此外，將有源元件與無(wú)源元表面內(nèi)的單個(gè)元原子整合在一起，可以實(shí)現(xiàn) "有源"元設(shè)備，可以動(dòng)態(tài)地操縱電磁波面。雖然在微波系統(tǒng)中很容易找到深亞波長(zhǎng)的有源元件（如PIN二極管和變阻器），并成功地促進(jìn)了用于光束轉(zhuǎn)向、可編程全息圖和動(dòng)態(tài)成像的有源元器件，但它們很難在高于太赫茲的頻率下創(chuàng)建。這種困難是由于電子電路中的尺寸限制和顯著的歐姆損耗。盡管太赫茲頻率能夠以統(tǒng)一的方式控制太赫茲光束，但通常無(wú)法動(dòng)態(tài)地操縱太赫茲波面。這歸根結(jié)底是由于在這個(gè)頻域的深次波長(zhǎng)尺度上有著局部調(diào)諧能力的缺陷。因此，開(kāi)發(fā)新的方法，繞開(kāi)對(duì)局部調(diào)諧的依賴是一個(gè)優(yōu)先事項(xiàng)。 A`g.[7
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正如《先進(jìn)光子學(xué)》雜志所報(bào)道的，來(lái)自上海大學(xué)和復(fù)旦大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種通用框架和元設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲波陣的動(dòng)態(tài)控制。他們沒(méi)有對(duì)太赫茲元表面中的單個(gè)元原子進(jìn)行局部控制（例如，通過(guò)PIN二極管、變?nèi)荻䴓O管等），而是通過(guò)旋轉(zhuǎn)多層級(jí)聯(lián)的元表面來(lái)改變光束的偏振。他們證明了以不同的速度旋轉(zhuǎn)級(jí)聯(lián)元設(shè)備中的不同層（每個(gè)層都表現(xiàn)出特定的相位輪廓）可以動(dòng)態(tài)地改變整個(gè)設(shè)備的有效瓊斯矩陣特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲光束的波前和偏振特性的操縱。研究人員展示了兩個(gè)元裝置：第一個(gè)元裝置可以有效地重定向正常入射的太赫茲光束，在一個(gè)寬的實(shí)體角度范圍內(nèi)掃描，而第二個(gè)元裝置可以動(dòng)態(tài)地操縱太赫茲光束的波面和偏振。 mfz"M)1p1
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這項(xiàng)工作提出了一種有吸引力的替代方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲波的低成本動(dòng)態(tài)控制。研究人員希望，這項(xiàng)工作將激勵(lì)未來(lái)在太赫茲雷達(dá)以及生物和化學(xué)傳感和成像方面的應(yīng)用。
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