太赫茲（THz）系統中的電磁（EM）波在通信、安全成像、生物和化學傳感方面有著重要應用。這種廣泛的適用性已經帶來了重大的技術進步。然而，由於天然材料和太赫茲波之間的弱相互作用，傳統的太赫茲設備通常是笨重和低效的。雖然超緊湊的有源太赫茲設備確實存在，但目前對電子和光子的動態控制方法缺乏效率。
最近，超表面技術的快速發展為創建高效、超緊湊的動態波前控制的太赫茲設備提供了新的可能性。超薄的超材料由亞波長的平面微結構（即超原子）形成，超表面能夠為控制電磁波面提供定製的光學響應。通過構建具有某些預先設計的透射或反射波相位輪廓的元表面，科學家們已經展示了有趣的波操縱效應，如反常的光偏轉、偏振操縱、光子自旋霍爾和全息圖。
動態光束轉向元裝置的演示。(a) 元設備的示意圖，它由兩層透射元表面組成，通過電動旋轉台排列。(b) 製造的元裝置的俯視圖（左）和（c）底視圖（右）SEM照片。(d) 用於描述元器件的實驗裝置示意圖。(e) 實驗和(f)模擬的遠場散射功率分布，元器件由0.7THz的LCP光照亮，並在不同時間段沿路徑I演化。(g) 當元設備沿路徑I和路徑II移動時，k方向球面上的傳輸波方向的演變，實線（星形符號）表示模擬（實驗）的結果。這里，藍色區域表示波束轉向覆蓋的實體角度。
此外，將有源元件與無源元表面內的單個元原子整合在一起，可以實現 “有源”元設備，可以動態地操縱電磁波面。雖然在微波系統中很容易找到深亞波長的有源元件（如PIN二極體和變阻器），並成功地促進了用於光束轉向、可編程全息圖和動態成像的有源元器件，但它們很難在高於太赫茲的頻率下創建。這種困難是由於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一的方式控制太赫茲光束，但通常無法動態地操縱太赫茲波面。這歸根結底是由於在這個頻域的深次波長尺度上有著局部調諧能力的缺陷。因此，開發新的方法，繞開對局部調諧的依賴是一個優先事項。
正如《先進光子學》雜誌所報導的，來自上海大學和復旦大學的研究人員開發了一種通用框架和元設備，用於實現對太赫茲波陣的動態控制。他們沒有對太赫茲元表面中的單個元原子進行局部控制（例如，通過PIN二極體、變容二極體等），而是通過旋轉多層級聯的元表面來改變光束的偏振。他們證明了以不同的速度旋轉級聯元設備中的不同層（每個層都表現出特定的相位輪廓）可以動態地改變整個設備的有效瓊斯矩陣特性，實現對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元裝置：第一個元裝置可以有效地重定向正常入射的太赫茲光束，在一個寬的實體角度范圍內掃描，而第二個元裝置可以動態地操縱太赫茲光束的波面和偏振。
這項工作提出了一種有吸引力的替代方法來實現對太赫茲波的低成本動態控制。研究人員希望，這項工作將激勵未來在太赫茲雷達以及生物和化學傳感和成像方面的應用。
來源：cnBeta
