太赫兹波前调制超表面器件研究进展

超表面是一种由人工微结构组成的超薄平面器件,能够实现对电磁波振幅、相位以及偏振态的调控,具有体积小、重量轻、集成度高、可灵活操控电磁波等优势,在电磁波谱、波前调制中发挥着巨大的作用。综述了近年来基于超表面的太赫兹波前调制器件的研究进展。总结了基于Pancharatnam-Berry相位、基于局域表面等离子体共振(LSPR)、基于Mie共振的三种超表面单元结构对电磁波的振幅、相位调控机理,并讨论了实现高效率超表面的方法。之后,介绍了用于设计波前调制超表面器件的纯相位调制方法和复振幅调制方法。综述了在太赫兹波段典型的超表面波前调制器,包括单一功能、复合功能以及可调谐功能的超表面波前调制器件。在早期的研究工作中,设计的超表面可实现波束偏转、波束聚焦、全息成像、以及涡旋光束、自聚焦光束、洛伦兹光束等特殊光束产生等功能。为提高太赫兹器件的利用率,波分复用、偏振复用等功能复用的太赫兹超表面器件被提出。随着对太赫兹波前动态调控需求的增长,一些主动的太赫兹超表面器件被提出并在实验上被验证。共有两种主动的超表面器件。其中一种主动超表面是通过将超表面结构与半导体材料或相变材料结合形成的,另一种是通过光泵浦硅片形成的全光器件。全光超表面在不用重新加工的前提下能够被重复使用。通过调整投影在硅片上的超表面图像即可动态操控太赫兹波前。全光超表面具有动态控制波束扫描和波束聚焦的能力,将来可应用于太赫兹通信、太赫兹雷达等领域。最后,对太赫兹波前调制超表面器件的发展趋势与应用前景进行了展望。

利用太赫兹圆二色性识别手性物质

不同手性的生物分子具有不同甚至相反的生物和药理活性。由于很多生物大分子的振动和转动能级分布在太赫兹波段,使得太赫兹波谱技术成为生物大分子识别的有效手段,但是太赫兹时域光谱系统都采用线偏振光源,无法对手性分子进行有效识别。我们在理论上利用线偏振的琼斯矩阵模型合成圆偏振下的琼斯矩阵,根据圆偏光的透射率差异性进一步计算样品的透射圆二色光谱,为表征不同手性分子提供了一种有效方法。基于透射式太赫兹时域光谱系统,对(R)-(-)-Ibuprofen和(S)-(+)-Ibuprofen的光谱进行测试,计算了(R)-(-)-Ibuprofen和(S)-(+)-Ibuprofen的线偏透过率和圆偏透过率;并计算出透射性圆二色光谱,两种手性物质的圆二色性值达到0.015,有效地实现了对(R)-(-)-Ibuprofen和(S)-(+)-Ibuprofen的识别效果。这一方法为利用太赫兹光谱技术检测和识别手性分子提供了参考。

动态超构表面设计及功能器件

动态超构表面是将可调元素集成到静态超构原子中,且功能受不同外部激励手段控制的超构表面。基于动态超构表面已经实现了各种可调器件.包括变频滤波器吸收器,变焦透镜.动态光東控制器,动态全息元件等。首先对动态超构表面的调制方法进行系统的总结,然后对相关的研究工作进行综述。动态超构表面可以分为两类:一类是对所有超构原子进行统一控制的均匀调控动态超构表面,用于实现光谱、偏振和波前的动态转换;另一类是通过对超构原子进行独立控制的动态可重构/可编程超构表面,用于实现对波前的灵活调控。功能灵活可控的动态器件是超构表面未来研究的主要方向,对已有的动态器件进行了总结,并进一步讨论和展望了动态超构表面发展的方向及面临的挑战。

基于超构表面的太赫兹广角反射器

随着太赫兹技术的发展以及全球对6G通信的研究和期望,太赫兹通信技术获得了广泛的关注.但是太赫兹波具有很强的方向性,常常进行端对端的传播,且传播过程中容易被障碍物阻挡,太赫兹通信中的广角和定向传播成为技术难点.设计一种新的广角反射超构表面,其可将入射角为5°~45°的太赫兹波反射聚焦在同一位置,该位置距离样品600 mm,方向为13°.采用共振相位调制原理设计单元结构,利用透镜聚焦原理和相位补偿原理对单元结构进行排布并进行加工.在220 GHz工作频率下进行实验验证,实验结果证实了该器件的功能.所提方案为解决太赫兹6G通信难题提供了一个有效途径,具有一定的应用前景.

结构光束的制备(特邀)

结构光束是指在空间和时间上“定制”的光场,其振幅、相位和偏振态在空间和时间上有着特殊的分布。近些年,结构光束的研究发展迅速,光学参量的特殊分布从特定的空间横向结构、纵向结构,发展到定制的时空结构。这种具有不同时空结构的光束为众多领域带来了突破,包括光学通信、光学传感、光学微操作、量子信息处理和超分辨率成像。因此,人们提出了许多方法,并制造了相关器件,通过调整光束的各种光学参量在空间域和时空域的分布来生成结构化光束。本文主要介绍不同类型结构光束(包括空间结构光束以及时空结构光束)的制备方法,对已产生的结构光束进行了总结,并进一步讨论和展望了结构光束在未来的发展方向。