3 月 16 日訊，近日，南京大學現(xiàn)代工學院胡偉、陸延青團隊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。

　　高速無線通信極大地促進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，被認為是未來大容量無線通信的載體。然而，與光頻或射頻波段相比，許多太赫茲技術(shù)還遠不夠成熟。太赫茲頻段超過了電學放大器和混頻器中所必不可少的半導體材料的截止頻率，致使當前廣泛采用的射頻電子元件不再兼容太赫茲波段。

　　面對上述挑戰(zhàn)，科學家開始研究基于光子學的解決方案。近年來，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)計制造的復雜性限制了實際應用。為了滿足未來太赫茲通信的迫切需求，開發(fā)結(jié)構(gòu)簡單、低損耗、多功能的太赫茲光子元件勢在必行。

　　此外，液晶聚合物薄膜的柔性賦予了這類元件機械形變引起的可調(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。因此只需直接對樣品進行光取向編碼，無需復雜的模擬仿真和結(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，從而通過集成進一步降低太赫茲裝置的損耗；通過機械變形，賦予這些微結(jié)構(gòu)平面太赫茲光子元件可調(diào)諧特性，這對于動態(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《先進光學材料》上（Adv. Opt. Mater. 2020, 1902124）。論文第一作者是 16 級直博生沈志雄，胡偉教授和陸延青教授為本文的通訊作者，南京大學唐明劼碩士、陳鵬副研、周勝航同學、葛士軍副研、段薇博士和魏挺同學，清華大學梁曉教授對本文亦有重要貢獻。據(jù)悉，該研究由國家重點研發(fā)計劃、自然科學基金項目、省杰青項目資助完成，同時感謝國家實驗室微加工中心、人工微結(jié)構(gòu)科學與技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心、南京大學十百千工程、中央高校基本科研業(yè)務費等平臺與項目的大力支持。