研究人员正在努力释放太赫兹波在从医学成像到无线通信等应用中的巨大潜力。然而，如何有效控制这些高频电磁波的极化态仍然是一个持久的挑战。
依赖于天然双折射晶体或介电波片的传统方法受到操作带宽窄、硬件笨重和易损坏的阻碍。这些局限性阻碍了商业上可行的太赫兹系统的进展，这些太赫兹系统充分利用了电磁波极化中编码的信息。
超材料的最新进展——具有自然界无法实现的特性的人造结构——带来了新的希望。精心设计的超材料阵列使研究人员能够克服天然材料的限制，并对太赫兹波传播进行前所未有的控制。
在此基础上，天津大学的研究人员展示了一种全硅超材料偏振转换器，该转换器在极宽的频率范围内具有创纪录的高性能。
正如他们发布在《光电子学前沿》上的论文所详述的那样，该团队的巧妙设计在1.00-2.32 THz的广阔带宽上实现了超过80%的偏振转换效率。就上下文而言，该范围是先前最先进的演示器操作宽度的两倍多。
设计的十字形微观结构示意图。a 拟议的转换器示意图。b 微观结构的立体图。这里，h 代表高度;H为基板厚度;a–d 表示长度和宽度;P为周期;θ是十字形次轴与x轴之间的夹角;t 是高电阻硅的长度。
这一突破的核心是看似简单的十字形硅微结构，该微结构图案化到介电基板上。通过调整这些亚波长元素的尺寸和周期性排列，研究人员诱导了强烈的人工双折射，导致撞击太赫兹波的不同偏振在通过时积累不同的相移。
细致的参数优化使该团队能够达到最佳位置，即正交偏振精确地产生所需的相位偏移，从而实现有效的偏振旋转。由于所有部件均采用标准光刻技术由硅制成，因此这些器件具有出色的可制造性。
值得注意的是，通过动态旋转十字形超分子的方向，研究人员可以根据需要主动地在线性到线性和线性到圆的偏振转换之间切换。即使是广角和强倾斜太赫兹照明也几乎不会降低性能，这证明了团队声音设计原则的稳健性。
这些全硅超材料偏振机械手的功能和带宽大幅扩展，有望为太赫兹技术的商业化工作注入新的活力。将此类设备集成到芯片级太赫兹光谱仪和成像系统中可以证明是真正的变革，释放从凝聚态研究到药物质量控制的应用。
随着进一步的发展，前所未有的偏振处理能力也可能为远程无线通信开辟新的视野。通过将多个数据流多路复用到正交极化上，支持超材料的太赫兹链路可以大大增强信道容量，以帮助满足世界上看似不可阻挡的连接需求。
当然，鉴于早期开发阶段，实际部署仍然是一个遥远的目标。但是，通过克服与高效宽带太赫兹偏振处理相关的长期挑战，这一进步代表了向曾经似乎被严格局限于科幻小说领域的技术迈出的重大一步。
