资讯|高效金属超构表面矢量全息- 大数跨境

两江科技评论

2023-03-21

导读：文章 | Zhao H, Wang XK, Liu ST, Zhang Y. Highly efficien

文章 | Zhao H, Wang XK, Liu ST, Zhang Y. Highly efficient vectorial field manipulation using a transmitted tri-layer metasurface in the terahertz band. Opto-Electron Adv 6, 220012 (2023).

第一作者：赵欢

通信作者：刘树田，张岩

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研究背景

偏振作为光的固有属性之一，携带着大量的信息，在信息安全，光通信和图像加密等领域都有着重要的应用。同时具有特定复振幅分布和偏振分布的光场称为矢量光场，空间偏振分布增加了矢量光场的信息容量。超构表面是二维形式的超构材料，具有尺寸小，损耗低等优势。使用介质超构表面可以容易地实现高效的矢量场调控，但在太赫兹波段的介质超构表面器件厚度较大，导致加工的成品率较低。

使用多层金属超构表面也可以获得高效的调控性能，通过创新性地构建由金属光栅和金属劈裂环天线构成的三层超构表面，可以实现对透射太赫兹波相位和偏振态的独立调控。这种三层金属超构表面器件使用传统的紫外光刻，镀金及剥离技术即可简单地加工，其理论工作效率可以达到90%。此外，通过对劈裂环天线的几何参数进行调控，还有望进一步实现对光的振幅，相位以及偏振态进行独立的调控。这种三层金属超构表面为太赫兹波段高效矢量器件的研究提供了新的思路。

文章亮点

近日，哈尔滨工业大学的刘树田教授团队和首都师范大学张岩教授团队合作，提出了一种高效三层金属超构表面矢量全息器件。该器件创新性地使用三层金属超构表面实现了透射太赫兹波的相位和偏振的独立调控。该工作设计了两种高效矢量器件，第一种为偏振控制的图像隐藏器件，在圆偏振太赫兹波的入射下，该器件在8个不同通道内产生不同偏振的太赫兹矢量全息图像，分别为数字1-8，通过选择探测的偏振态，实现特定通道内的信息隐藏。此外，还实现了一种太赫兹波线偏振检偏器，该器件由三层金属超构表面组成，不同于传统的依赖强度区分偏振态的检偏器，该器件可以通过透过器件光斑的成像结果简单的识别出射太赫兹的线偏振态，适用于瞬态强脉冲的线偏振检测。

图1 矢量全息器件工作示意图。在圆偏振太赫兹波的入射下，透射的太赫兹波会在8个通道内产生不同偏振态的全息图像，分别是数字1-8，其偏振角度分别为157.5度，0度，22.5度，45度，67.5度，90度，112.5度，135度

图2 (a) 太赫兹超构表面检偏器工作原理示意图。x偏振的太赫兹波入射到快轴沿β/2方向的太赫兹半波片（THWP）上，输出的太赫兹波是沿β方向偏振的，然后入射到超构表面器件上。透射波为沿β-90°的交叉偏振方向，之后被聚焦在焦平面上。焦斑的振幅分布沿β方向。(b1-b4) 模拟得到的β = 0、45°、90°和135°时焦平面上的振幅分布。白色箭头代表入射光的偏振态。(c1-c4) 实验得到的β = 0、45°、90°和135°时焦平面上的振幅分布。(d1-d4) 从图4-5 (b1)中沿黑色虚线圆圈所示位置处分别提取β = 0、45°、90°和135°的振幅分布曲线，其中灰色和红色曲线分别代表模拟和实验结果

该工作以“Highly efficient vectorial field manipulation using a transmitted tri-layer metasurface in the terahertz band”为题发表在Opto-Electronic Advances （光电进展）2023年第2期。

研究团队简介

刘树田教授

刘树田，哈尔滨工业大学物理学院教授，博士生导师，黑龙江省物理学会常务理事。主要从事信息处理，量子光学等方向的研究，在Applied Physics Letters、Physics Review A、Optics Letters、Optics Express等国际知名期刊上发表SCI论文300余篇。

张岩教授

张岩，首都师范大学物理系教授，博士生导师，超材料与器件北京市重点实验室主任，美国光学学会会士。张岩教授团队主要从事太赫兹光电子学、微纳光学、光学信息处理等方面的研究，在Nature Photonics，Nature Communications，Advance Optical Materials, Opto-Electronic Advances 等国际知名期刊上发表SCI论文270余篇，SCI引用6000余次，在国际会议上作邀请报告50余次。