【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院研究員陳學(xué)權(quán)、方廣有帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)，采用創(chuàng)新技術(shù)實(shí)現(xiàn)了超寬帶太赫茲偏振態(tài)的高精度動(dòng)態(tài)調(diào)控。這一成果有助于推動(dòng)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(yīng)用，并在電子信息、文化遺產(chǎn)、生命健康領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。相關(guān)研究成果發(fā)表在《光學(xué)》(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(dú)特物理特性使其在較多學(xué)科中獲得廣泛應(yīng)用。在多數(shù)應(yīng)用中，太赫茲波的偏振態(tài)是關(guān)鍵控制參數(shù)之一。偏振描述的是電場振動(dòng)隨時(shí)間的變化規(guī)律。陳學(xué)權(quán)解釋道：“光波的電場振動(dòng)如同藝術(shù)體操運(yùn)動(dòng)員手里的繩子，既可上下、左右擺動(dòng)，也能順時(shí)針、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。偏振調(diào)制器扮演著運(yùn)動(dòng)員的角色，制造出截然不同的運(yùn)動(dòng)軌跡。”然而，主動(dòng)控制太赫茲波的偏振具有非常大的挑戰(zhàn)性。這一現(xiàn)狀主要由太赫茲波的兩個(gè)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(gè)數(shù)量級，常規(guī)材料難以實(shí)現(xiàn)高效調(diào)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(yīng)特性，對結(jié)構(gòu)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(dòng)，又要具備高達(dá)100倍的速度變化能力。”陳學(xué)權(quán)進(jìn)一步解釋道。
 

　　該團(tuán)隊(duì)通過調(diào)節(jié)偏振調(diào)制器的金屬鏡-棱鏡距離和液晶雙折射率兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，在超寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了太赫茲p偏振和s偏振光之間的大范圍相位調(diào)控。相位差具有極低的色差，同時(shí)保持光的反射強(qiáng)度幾乎不變。這意味著偏振的兩個(gè)基本維度可以被靈活控制，進(jìn)而輸出任意的偏振態(tài)。偏振調(diào)制器可以在1.6太赫茲至3.4太赫茲范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換并動(dòng)態(tài)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(shí)際上，該偏振調(diào)制器可以在任意中心頻率下輸出任意偏振狀態(tài)，且相對帶寬均超過90%。
 

　　與已報(bào)道的其他太赫茲偏振調(diào)控器相比，該團(tuán)隊(duì)研制的偏振調(diào)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(jìn)的偏振解析能力，滿足材料物理特性研究與生物制藥品質(zhì)監(jiān)測等應(yīng)用需求，并可作為下一代信息技術(shù)的核心部件，在高速通信中降低傳輸損耗、提高數(shù)據(jù)吞吐量。
 

　　研究工作得到國家自然科學(xué)基金和廣東省自然科學(xué)基金等的支持。該工作由空天院和南京大學(xué)合作完成。
 

　　太赫茲多功能寬帶偏振調(diào)制器。(a)為器件結(jié)構(gòu)示意圖，(b)為實(shí)驗(yàn)測得的四種偏振態(tài)輸出