近期，中國科學院上海光學精密機械研究所信息光學與光電技術(shù)實驗室研究員司徒國海課題組與首都師范大學物理系教授張巖課題組合作提出可重構(gòu)的太赫茲超表面實施方案。該技術(shù)方案在太赫茲波段實現(xiàn)了任意、快速、精準的波前調(diào)制，為可重構(gòu)超表面的發(fā)展提供了新的思路和實驗驗證。相關(guān)成果已發(fā)表在Advanced Optical Materials 7, 1801696(2019)上。

超表面是由一系列人工設計的亞波長天線組成的平面結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)光學元件相比，擁有超細、超薄并能實現(xiàn)精確、任意波前調(diào)制的優(yōu)點，在光學互連、集成光學、微納光學等方面具有重要應用。但如何實現(xiàn)其動態(tài)可調(diào)性仍是目前所面臨的主要挑戰(zhàn)。

研究團隊使用高強度飛秒激光器，基于光電導效應，將圖案投射到硅片上產(chǎn)生超表面效應，以調(diào)制太赫茲脈沖。太赫茲的輸出隨投影圖案的改變而發(fā)生相應的變化，從而實現(xiàn)光控可重構(gòu)太赫茲超表面。用光照射半導體硅片時，產(chǎn)生載流子并導致電導率增加。當電導率上升到某個值時，被照射區(qū)域可視為金屬或弱金屬化材料。由于金屬結(jié)構(gòu)常用于超表面，故圖案化的光照半導體可實現(xiàn)類似的功能；當撤去照明光時，載流子迅速復合到初始狀態(tài)。

該方案可以實現(xiàn)超表面的擦除和重寫，并且具有三大優(yōu)勢：一、結(jié)構(gòu)簡單，只需一片極薄硅片（10μm）；二、操作簡便，通過控制光照便可實現(xiàn)任意調(diào)制轉(zhuǎn)換；三、調(diào)制速度高，每秒可達4000幀。該方案可用于實時成像、光學開關(guān)、產(chǎn)生非線性效應的時變材料、信息處理、顯微鏡的逐點掃描、自適應光學等領(lǐng)域。

該項研究成果得到國家“973”計劃、國家自然科學基金等的支持。

圖1. 光控超表面動態(tài)全息顯示示意圖

圖2. 太赫茲時域泵浦成像系統(tǒng)

圖3. 太赫茲動態(tài)調(diào)制成像結(jié)果