一種光可調的多功能太赫茲幾何相位超表面

樊俊鵬，王小召，張建新，張 震，孫 偲，胡啟勇

（中國兵器工業集團江山重工研究院有限公司，湖北襄陽441057）

引言

隨著5G 技術的普及，頻譜資源日益緊張，對太赫茲（THz）頻譜的開發是拓展通信頻帶的有效方法。由于自然界中大多數材料很難在THz 頻段產生有效響應，導致了THz 發展遇到研究理論和THz 源的瓶頸，THz 器件的研究在國內外仍處起步階段[1-2]。超表面的出現為THz 器件設計提供了更多的選擇。超表面由亞波長人工單元結構組成，對光波具有調控能力，擁有天然材料所不具備的奇特性質，如：負折射率、負介電常數、負磁導率等[3-5]。通過在二維平面上合適地排列這種人工單元結構，還可以引入不連續的相位突變，從而實現對電磁波波前的任意調控。超表面一經提出就引起了各界強烈的關注，國內外學者提出了各種基于超表面的THz 器件，如THz 超透鏡[6-8]、軌道角動量產生器[9-12]、THz 吸波器[13]等。

幾何相位是超表面調控圓極化波前的一種重要方式，通過旋轉單元結構，對于反射或透射的圓極化波可以產生2 倍旋轉角度的相位差。由于幾何相位超表面具有結構簡單、工作頻帶寬等優點，得到了廣泛的應用[14]。Li 等人在THz 頻段提出一種幾何相位超表面，可以在寬頻帶上產生高純度的軌道角動量[15]。Fan 等人提出了一種全空間幾何超表面，在2 個THz 頻點上可分別實現透射、反射波前的操控[16]。但大多數金屬結構超表面的工作性質依賴于物理參數，即效率、頻率、功能等性質因結構參數的確定而受到限制[17-20]。……