【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院空天信息創新研究院研究員陳學權、方廣有帶領的研究團隊，采用創新技術實現了超寬帶太赫茲偏振態的高精度動態調控。這一成果有助于推動太赫茲在新一代無線通信、文物無損檢測、生物微量傳感等方面的應用，并在電子信息、文化遺產、生命健康領域發揮重要作用。相關研究成果發表在《光學》(Optica)上。
太赫茲波在電磁波譜中位于微波與紅外之間。太赫茲獨特物理特性使其在較多學科中獲得廣泛應用。在多數應用中，太赫茲波的偏振態是關鍵控制參數之一。偏振描述的是電場振動隨時間的變化規律。陳學權解釋道：“光波的電場振動如同藝術體操運動員手里的繩子，既可上下、左右擺動，也能順時針、逆時針旋轉。偏振調制器扮演著運動員的角色，制造出截然不同的運動軌跡。”然而，主動控制太赫茲波的偏振具有非常大的挑戰性。這一現狀主要由太赫茲波的兩個天然特性引起。首先，太赫茲波的波長在百微米到毫米級別，比可見光大近三個數量級，常規材料難以實現高效調控。其次，太赫茲波極大的帶寬(0.1T太赫茲至10太赫茲)要求器件具有非常低色散的響應特性，對結構提出了很高要求。“這如同在體操中既要繩子做出大幅度的甩動，又要具備高達100倍的速度變化能力。”陳學權進一步解釋道。
該團隊通過調節偏振調制器的金屬鏡-棱鏡距離和液晶雙折射率兩個關鍵參數，在超寬范圍內實現了太赫茲p偏振和s偏振光之間的大范圍相位調控。相位差具有極低的色差，同時保持光的反射強度幾乎不變。這意味著偏振的兩個基本維度可以被靈活控制，進而輸出任意的偏振態。偏振調制器可以在1.6太赫茲至3.4太赫茲范圍內轉換并動態切換相互正交線偏振和左/右圓偏振，且線偏率和圓偏率均超過0.996。實際上，該偏振調制器可以在任意中心頻率下輸出任意偏振狀態，且相對帶寬均超過90%。
與已報道的其他太赫茲偏振調控器相比，該團隊研制的偏振調制器在多功能性、大工作帶寬和高控制精度方面取得了性能突破，可為光譜檢測提供先進的偏振解析能力，滿足材料物理特性研究與生物制藥品質監測等應用需求，并可作為下一代信息技術的核心部件，在高速通信中降低傳輸損耗、提高數據吞吐量。
研究工作得到國家自然科學基金和廣東省自然科學基金等的支持。該工作由空天院和南京大學合作完成。
太赫茲多功能寬帶偏振調制器。(a)為器件結構示意圖，(b)為實驗測得的四種偏振態輸出
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