近日，中科院上海光機所空天激光技術與系統(tǒng)部司徒國海研究員、郭勁英副研究員團隊和上海大學微電子學院合作，提出一種基于自由載流子等離子體色散效應的太赫茲相位調(diào)控可編程超表面設計方案，相關研究成果以“Terahertz programmable metasurface for phase modulation based on free carrier plasma dispersion effect”為題發(fā)表于Applied Physics Letters。

太赫茲調(diào)制器在太赫茲智能通信和計算成像等領域具有廣闊的應用前景，然而現(xiàn)有的太赫茲相位調(diào)制器在速度、效率和通量方面并不能讓人滿意。因此急需開發(fā)高速、高效、高通量的太赫茲空間光調(diào)制器。

研究團隊提出了一種基于自由載流子等離子體色散效應的太赫茲可編程超表面設計方案，通過將pn結(jié)集成到“H”型金屬超表面單元結(jié)構中，利用外加電壓變化對pn結(jié)載流子濃度分布的改變，在仿真上實現(xiàn)了在0.4THz頻率270°的連續(xù)相位調(diào)控和30%的平均效率。該超表面單元采用“MIM”結(jié)構，每個單元均獨立可調(diào)，同時利用了pn結(jié)的高速開關特性，有望達到GHz級別的調(diào)控速度。該團隊還演示了超表面單元陣列的遠場輻射結(jié)果，峰值旁瓣比達13dB，顯示出良好的波束轉(zhuǎn)向性能。該設計方案所展示的在太赫茲相位調(diào)控上的高速、高效、高通量的優(yōu)勢，有望在太赫茲通信和成像領域發(fā)揮重要作用。

圖1.可編程超表面單元結(jié)構和波束轉(zhuǎn)向功能示意圖

圖2.超表面單元在電壓下的連續(xù)相位調(diào)控

該研究成果得到了國家自然科學基金、上海學術研究帶頭人項目、上海市市級科技重大專項等的支持。

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