用于动态双模调制的光控元面

光学控制的元表面通过改变泵浦光的波长实现动态双模式调制。资料来源：高级光子学（2023）。doi: 10.1117/1.ap.5.2.026005

用一个超紧凑的设备对太赫兹（THz）波进行动态控制，对生物医学成像、电信、检测等领域的太赫兹技术非常重要。然而，由传统材料制成的可调谐太赫兹设备通常很笨重，而且由于天然存在的材料和太赫兹波之间的弱相互作用，它们往往具有有限的调制深度和功能。元表面--功能材料被赋予了无与伦比的灵活性，可以在深次波长尺度上操纵光，为动态控制太赫兹波提供了一个强大的平台。

将无源元表面与不同的外部刺激控制材料相结合，光控元器件在这方面引起了人们的注意。他们有吸引力的特性包括超快的调制速度和高调制像素分辨率。大多数光控元器件可以实现对频率有选择性或无选择性的光调制。双模式但明显可调谐的光操纵--例如，通过调整一个简单设备中的外部旋钮--在集成光学中的应用是非常理想的。

正如《先进光子学》杂志所报道的，来自复旦大学物理系的研究人员最近建立了一种基于元表面的新方法，通过用一个额外的旋钮改变泵浦光的波长，实现了太赫兹波的动态双模式调制。具体来说，他们的实验表明，通过切换泵浦波长（如515纳米或1030纳米），预先设计的电介质元表面可以实现对入射太赫兹波的模式选择性或模式非选择性调制。他们的理论分析表明，这种双模式调制可以通过精心设计元表面谐振模式的波函数与不同波长的泵-激光激发的扰动区域之间的空间重叠来有效控制。

动态双模式太赫兹波调制的实验演示。(a) 由石英基底和硅柱组成的基本元原子示意图。(b)制造的样品的斜视SEM图像。(c, d) 在(c)515纳米和(d)1030纳米的外部泵浦下，在不同的泵浦通量下，测量的（开放圆圈）和模拟的（实线）制造的元表面的传输幅度光谱。资料来源：高级光子学（2023）。doi: 10.1117/1.ap.5.2.026005
受他们发现该机制的启发，研究小组进一步展示了两种具有不同光调制功能的活性元器件。在实验和模拟中，他们首先展示了一个可以动态改变入射太赫兹波的偏振状态的装置，该装置由泵的波长和泵的光通量决定。然后，他们提出了一个可以加密光学信息的装置，使其只有在被预先确定的正确波长的泵浦光束激发时才显示预先设计的全息图案。

据通讯作者、复旦大学物理学教授何琼说："我们预计这项工作将激发许多具有独特光调制功能的新可调谐装置。他补充说："这些功能可能对许多应用有用，如传感、安全和下一代无线通信"。