3 月 16 日訊，近日，南京大學(xué)現(xiàn)代工學(xué)院胡偉、陸延青團(tuán)隊(duì)提供了一種太赫茲波前調(diào)控的全新解決方案，該方案利用光控取向的液晶聚合物柔性薄膜開發(fā)出多功能平面太赫茲光子元件。

　　高速無(wú)線通信極大地促進(jìn)了我們的日常工作與生活，太赫茲（THz）波段的載波頻率比目前采用的射頻波段高得多，被認(rèn)為是未來(lái)大容量無(wú)線通信的載體。然而，與光頻或射頻波段相比，許多太赫茲技術(shù)還遠(yuǎn)不夠成熟。太赫茲頻段超過了電學(xué)放大器和混頻器中所必不可少的半導(dǎo)體材料的截止頻率，致使當(dāng)前廣泛采用的射頻電子元件不再兼容太赫茲波段。

　　面對(duì)上述挑戰(zhàn)，科學(xué)家開始研究基于光子學(xué)的解決方案。近年來(lái)，基于超表面的平面太赫茲光子元件由于可以自由地調(diào)控太赫茲波前而引起關(guān)注，但其內(nèi)在的歐姆損耗導(dǎo)致效率太低。介質(zhì)超表面和多層金屬超表面有望顯著提高效率，但其設(shè)計(jì)制造的復(fù)雜性限制了實(shí)際應(yīng)用。為了滿足未來(lái)太赫茲通信的迫切需求，開發(fā)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低損耗、多功能的太赫茲光子元件勢(shì)在必行。

　　此外，液晶聚合物薄膜的柔性賦予了這類元件機(jī)械形變引起的可調(diào)諧性。在該工作中，液晶指向分布直接決定了元件的相位調(diào)制功能。因此只需直接對(duì)樣品進(jìn)行光取向編碼，無(wú)需復(fù)雜的模擬仿真和結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化；液晶聚合物材料及其旋涂和取向技術(shù)成熟，為該類元件的大規(guī)模生產(chǎn)提供了保證；通過改變膜厚可以優(yōu)化目標(biāo)頻率下的效率，該類元件在 0.4~3THz 的寬帶范圍內(nèi)，展示出了超過 50％的效率；光取向液晶聚合物薄膜還可以用作其它太赫茲元件的襯底，從而通過集成進(jìn)一步降低太赫茲裝置的損耗；通過機(jī)械變形，賦予這些微結(jié)構(gòu)平面太赫茲光子元件可調(diào)諧特性，這對(duì)于動(dòng)態(tài)光束轉(zhuǎn)向、多通道光束耦合、波束賦形具有重要意義。該工作為設(shè)計(jì)制備各類集成、低損、可調(diào)的太赫茲元件提供了一種可行方案。

　　該研究成果以 Planar terahertz photonics mediated by liquid crystal polymers 為題，于 2020 年 2 月 5 日在線發(fā)表在《先進(jìn)光學(xué)材料》上（Adv. Opt. Mater. 2020, 1902124）。論文第一作者是 16 級(jí)直博生沈志雄，胡偉教授和陸延青教授為本文的通訊作者，南京大學(xué)唐明劼碩士、陳鵬副研、周勝航同學(xué)、葛士軍副研、段薇博士和魏挺同學(xué)，清華大學(xué)梁曉教授對(duì)本文亦有重要貢獻(xiàn)。據(jù)悉，該研究由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、自然科學(xué)基金項(xiàng)目、省杰青項(xiàng)目資助完成，同時(shí)感謝國(guó)家實(shí)驗(yàn)室微加工中心、人工微結(jié)構(gòu)科學(xué)與技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心、南京大學(xué)十百千工程、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)等平臺(tái)與項(xiàng)目的大力支持。