可重构的太赫兹超表面实施方案

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.201801696

超表面是由一系列人工设计的亚波长天线组成的平面结构。与传统光学元件相比，拥有超细、超薄并能实现精确、任意波前调制的优点，在光学互连、集成光学、微纳光学等方面具有重要应用。但如何实现其动态可调性仍是目前所面临的主要挑战。

图1. 光控超表面动态全息显示示意图

图2. 太赫兹时域泵浦成像系统

研究团队使用高强度飞秒激光器，基于光电导效应，将图案投射到硅片上产生超表面效应，以调制太赫兹脉冲。太赫兹的输出随投影图案的改变而发生相应的变化，从而实现光控可重构太赫兹超表面。用光照射半导体硅片时，产生载流子并导致电导率增加。当电导率上升到某个值时，被照射区域可视为金属或弱金属化材料。由于金属结构常用于超表面，故图案化的光照半导体可实现类似的功能；当撤去照明光时，载流子迅速复合到初始状态。

图3. 太赫兹动态调制成像结果

该方案可以实现超表面的擦除和重写，并且具有三大优势：一、结构简单，只需一片极薄硅片（10μm）；二、操作简便，通过控制光照便可实现任意调制转换；三、调制速度高，每秒可达4000帧。该方案可用于实时成像、光学开关、产生非线性效应的时变材料、信息处理、显微镜的逐点扫描、自适应光学等领域。该项研究成果得到国家“973”计划、国家自然科学基金等的支持。