Un métadispositif pour contrôler dynamiquement les fronts d'onde THz en faisant tourner des couches de métasurfaces en cascade. Crédit :Université de Shanghai
Les ondes électromagnétiques (EM) dans le régime térahertz (THz) contribuent à d'importantes applications dans les communications, imagerie de sécurité, et la détection bio et chimique. Cette large applicabilité a entraîné d'importants progrès technologiques. Cependant, en raison des faibles interactions entre les matériaux naturels et les ondes THz, Les dispositifs THz conventionnels sont généralement encombrants et inefficaces. Bien qu'il existe des dispositifs THz actifs ultracompacts, Les approches électroniques et photoniques actuelles du contrôle dynamique ont manqué d'efficacité.
Récemment, les développements rapides des métasurfaces ont ouvert de nouvelles possibilités pour la création de haute efficacité, dispositifs THz ultracompacts pour le contrôle dynamique du front d'onde. Les métamatériaux ultrafins formés par des microstructures planaires sublongueur d'onde (c'est-à-dire, méta-atomes), les métasurfaces permettent des réponses optiques adaptées pour le contrôle des fronts d'onde EM. En construisant des métasurfaces qui possèdent certains profils de phase prédéfinis pour les ondes transmises ou réfléchies, les scientifiques ont démontré des effets fascinants de manipulation des ondes, tels que la déviation de la lumière anormale, manipulation de polarisation, spin-Hall photonique, et hologrammes.
De plus, l'intégration d'éléments actifs avec des méta-atomes individuels à l'intérieur de métasurfaces passives permet de créer des métadispositifs «actifs» capables de manipuler dynamiquement les fronts d'onde EM. Alors que les éléments actifs dans les sous-longueurs d'onde profondes sont facilement trouvés dans le régime des micro-ondes (par exemple, diodes PIN et varactors), et contribuer avec succès aux méta-dispositifs actifs pour le guidage du faisceau, hologrammes programmables, et imagerie dynamique, ils sont difficiles à créer à des fréquences supérieures au THz. Cette difficulté est due aux restrictions de taille et aux pertes ohmiques importantes dans les circuits électroniques. Bien que les fréquences THz puissent contrôler les faisceaux THz de manière uniforme, ils sont généralement incapables de manipuler dynamiquement les fronts d'onde THz. Cela est finalement dû à des lacunes dans les capacités d'accord local à des échelles de sous-longueurs d'onde profondes dans ce domaine fréquentiel. Par conséquent, développer de nouvelles approches qui contournent le recours au réglage local est une priorité.
Démonstration du métadispositif d'orientation dynamique du faisceau :(a) Schémas du métadispositif, qui se compose de deux couches de métasurfaces transmissives alignées par un étage de rotation motorisé. (b) Vue de dessus (gauche) et (c) vue de dessous (droite) Images SEM du métadispositif fabriqué. (d) Schémas du dispositif expérimental montré pour caractériser le méta-dispositif. (e) Distributions expérimentales et (f) simulées de puissance de diffusion en champ lointain avec le métadispositif illuminé par une lumière LCP à 0,7 THz, et évoluant le long du Sentier I à différents instants de temps. (g) Évolution des directions des ondes transmises sur la sphère de la direction k à mesure que le métadispositif se déplace le long du chemin I et du chemin II, avec une ligne continue (symboles d'étoiles) indiquant les résultats simulés (expérimentaux). Ici, la région bleue indique l'angle solide pour la couverture de direction du faisceau. Crédit :X. Cai et al.
Comme indiqué dans Photonique avancée , des chercheurs de l'Université de Shanghai et de l'Université de Fudan ont développé un cadre général et des métadispositifs pour obtenir un contrôle dynamique des fronts d'onde THz. Au lieu de contrôler localement les méta-atomes individuels dans une métasurface THz (par exemple, par diode PIN, varactor, etc.), ils font varier la polarisation d'un faisceau lumineux avec des métasurfaces en cascade multicouches rotatives. Ils démontrent que la rotation de différentes couches (chacune présentant un profil de phase particulier) dans un métadispositif en cascade à différentes vitesses peut modifier dynamiquement la propriété effective de la matrice de Jones de l'ensemble du dispositif, réaliser des manipulations extraordinaires du front d'onde et des caractéristiques de polarisation des faisceaux THz. Deux métadispositifs sont démontrés :le premier métadispositif peut rediriger efficacement un faisceau THz normalement incident pour balayer sur une large plage d'angle solide, tandis que le second peut manipuler dynamiquement à la fois le front d'onde et la polarisation d'un faisceau THz.
Ce travail propose une alternative intéressante pour réaliser un contrôle dynamique à faible coût des ondes THz. Les chercheurs espèrent que les travaux inspireront de futures applications dans le radar THz, ainsi que la détection et l'imagerie biochimiques et chimiques.
