Metasurfaces til manipulation af terahertz -bølger

THz -bølger har en overflod af applikationer lige fra biomedicinske og medicinske undersøgelser, billeddannelse, miljøovervågning, til trådløs kommunikation, på grund af rigelig spektral information, lav foton energi, stærk gennemtrængelighed, og kortere bølgelængde. THz bølger med teknologiske fremskridt ikke kun bestemt af højeffektive kilder og detektorer, men også bestemt af en række forskellige THz-komponenter/funktionelle enheder af høj kvalitet. Imidlertid, traditionelle THz-enheder skal være tykke nok til at realisere de ønskede bølgemanipulerende funktioner, hindrer udviklingen af ​​THz integrerede systemer og applikationer. Selvom metamaterialer har vist banebrydende opdagelser på grund af afstemmelig elektrisk permittivitet og magnetisk permeabilitet af et metaatom, de er begrænset af tekniske udfordringer ved fremstilling og stort tab af den metalbaserede enhedscelle.

I et nyt papir udgivet i Lys:Avanceret fremstilling , et hold forskere, ledet af professor Songlin Zhuang fra Terahertz Technology Innovation Research Institute, University of shanghai for videnskab og teknologi, og kolleger har opsummeret de seneste fremskridt inden for metasurfaces til manipulation af THz-bølger. Disse ultrakompakte enheder med usædvanlige funktionaliteter gør metasurface-enheder meget attraktive til applikationer såsom billeddannelse, kryptering, informationsmodulation og THz -kommunikation.

Rent faktisk, metasurfaces består typisk af plane antenner, der muliggør foruddesignede EM -svar. Antennerne er fremstillet af metaller eller traditionelle højbrydningsindeks-dielektrikker, der let kan fremstilles baseret på standardfremstillingsprocesser. Ud over, metasurfaces med funktionalitet til manipulation af EM -bølger er afhængige af pludselige faseændringer ved plane antennegrænseflader, og dermed er metasoverfladernes tykkelse meget tyndere end den indfaldende bølgelængde. Metasurfaces kan lokalt styre bølgefronten af ​​EM -bølger ved subbølgelængdeopløsning, fører til forskellige praktiske anvendelser såsom metalenses, bølgeplader, hvirvelstrålegeneratorer, strålestyring og hologrammer. Metasurfaces ultratynde karakter, let fremstilling, og subbølgelængdeopløsning ved manipulation af EM-bølger gør metasurfaces til ideelle kandidater til miniaturisering af THz-enheder (ultrakompakte THz-enheder) og systemintegration.

Den metasurface-baserede tilgang til manipulerende THz-bølger muliggør bemærkelsesværdige bidrag til design af ultratynde/ultrakompakte og afstembare THz-komponenter. De vigtigste fordele/bidrag ved THz metasurfaces kan konkluderes som følger:(1) THz komponenter med reduceret størrelse:Funktionerne ved fokusering, OAM, og polariseringskonvertering realiseret af metasurfaces kan traditionelt opnås ved hjælp af en THz -linse, spiralformet faseplade, og halvbølge (eller kvartbølge) plade, henholdsvis; (2) THz -komponenter med flere funktioner:De traditionelle THz -enheder, f.eks. THz -objektiver, bølgeplader, etc, altid vise en enkelt funktion. Metasurfaces giver ikke kun en fleksibel platform til at realisere ultratynde/ultrakompakte THz-enheder med en enkelt funktion, men også muliggøre den hidtil usete evne til at designe multifunktionelle THz -enheder. (3) THz -komponenter med indstillelig funktion:Metasurfaces kombineret med VO ₂ , grafen, etc, åbne en ny vej til design af THz -komponenter med aktive funktioner.

Afslutningsvis, metasoverflader med plane strukturer kan lokalt ændre THz -bølges bølgefront ved subbølgelængdeopløsning. Metasurfaces giver ikke kun en ultrakompakt platform til manipulation af THz-bølgernes bølgefront, men også generere en overflod af applikationer, der er vanskelige at opnå med konventionelle funktionelle enheder. Som en oversigt, den seneste udvikling af metasurfaces til manipulation af THz -bølger blev præsenteret i dette papir, og denne statusrapport åbner muligvis en ny vej til at designe ultratynde eller ultrakompakte THz-funktionelle enheder og systemer.