研究人员创造出可实现多通道太赫兹传输的元表面

研究人员设计并演示了两个全硅太赫兹元表面装置，可以用来创建四个光通道，以同时实现不同的光学功能。这种能力可能对各种应用很有用，如通信、太赫兹成像、粒子操纵或量子信息编码。

例如，这项新技术可以帮助缓解向更快的6G无线网络的过渡，这些网络可能将基于高频波，如太赫兹区域的高频波。

"6G网络将可能需要更多的基站来实现信号的全面覆盖，"来自中国电子科技大学的研究小组负责人李富玉说。"我们的设备产生的多个通道可以用来同时实现多个频率的光束偏转，这将减少对更多基站的需求，加速6G通信的到来"。

在《光子学研究》杂志上，研究人员描述了这些新设备，它们代表了一种叠加各种形式太赫兹波的全新方法，包括聚焦波、球形波和涡流波。当波被叠加时，它们基本上被加在一起，产生一种新型的波，它是原始成分的总和。

"我们将具有特殊电磁特性的人工元表面与不同形式的太赫兹波的叠加状态相结合，"李说。"这种独特的组合提供了许多自由度，可以用来创造更多的太赫兹设备。例如，这种设备可以提高粒子操纵的精度或拓宽光通信的渠道。"

多用途的设备

在这项新工作中，研究人员使用500微米厚的元表面来创建两个太赫兹设备。元表面是用微小的纳米结构设计的材料，可用于操纵光。

他们制造的第一个装置利用太赫兹波的偏振状态作为开关，选择涡旋波和球形波的叠加状态所携带的信息。球形波在所有可能的方向向外传播，而涡旋波则有一个特殊的螺旋形状。这种扭曲的形状创造了一种旋转运动，赋予轨道角动量（OAM），它可以用来携带信息或移动粒子。

这种装置可以利用入射电磁波的偏振状态作为干涉条纹数量的选择开关，这对干涉测量、多普勒分析和其他应用都很有用。在这种情况下，当X偏振波垂直撞击元表面时，它将产生一个具有两个顺时针螺旋条纹的干涉图案。

研究人员还设计了第二个装置，可以利用太赫兹波的偏振状态作为开关，选择多通道传输的通道数量。例如，当两个具有X偏振的波垂直撞击元面时，那么传输的波就有两个通道：左和右。这两个通道分别携带涡旋波和球面波，没有任何干扰。

促成新的太赫兹应用

"这项工作可以帮助OAM成为光子和物体之间信息传输的载体，"李说。"它还可以实现新的超薄光子设备，促进太赫兹信息加密和高频通信的发展。"

在从理论上证明了涡流和球形波的叠加状态和多通道传输之后，他们还进行了模拟和实验。在实验测试中，研究人员测量了靠近焦平面的涡流和球面波之间的叠加状态，显示该装置工作良好。他们还表明，产生的螺旋干扰条纹的旋转方向和强度与理论和模拟设计一致。

研究人员现在正在努力将更多的功能整合到元表面。他们还希望提高其测试系统的信噪比，以便他们能够观察到用元表面产生的更小的物理现象。

更多信息：Fuyu Li et al, All-dielectric terahertz metasurface for linearly-polarized multichannel transmission and superposition states of spherical and vortex waves, Photonics Research (2023). DOI: 10.1354/PRJ.477381. opg.optica.org/prj/fulltext.cf … j-11-3-485&id=527104

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