JOPT编辑优选：180°动态相位调制的透射型太赫兹超构表面

文章介绍

黄文礼、罗小青、胡放荣、李光元

通讯作者：

■  李光元，中国科学院深圳先进技术研究院

■  胡放荣，桂林电子科技大学

我们提出了一种双层的石墨烯-金属复合超构表面，通过数值仿真研究了其在y偏振太赫兹波入射时的透射谱和透射相位谱随着石墨烯费米能级的演化特性，研究结果表明：

1. 通过调节石墨烯的费米能级，超构表面在3.7-4.5 THz频率范围内从一种共振模式（称为II型）演化为共振频率不同的另一种共振模式（I型）；
2. 特别地，在4.3   THz处，超构表面的上述两种共振模式随着石墨烯费米能级发生了切换，使得透射相位达到了180°，并且透射效率在22%-32 % 的小范围内波动，平均透射效率高达27%；
3. 通过参数讨论，突出了从II型共振到I型共振的演化对获得大范围相位动态调控和高透射效率的重要性；
4. 当入射角在±10°范围内，动态相位调控的上述性能得到保持，有利于实验测试和实际应用。

这一高透射效率、180°动态范围的透射型太赫兹相位调制超表面，有望应用于01编码（如0°和180°的相位分别编码为0和1）的智能超构表面器件，以及焦距可调平面透镜、相控阵天线和全息成像。

研究背景

电磁波的相位调控是波前控制、全息、偏振操控和高分辨率成像等应用领域的核心基础技术。近年来，基于可调材料和超构表面的动态相位调控由于具有平面化、易集成、可重构等优点，成为光场操控领域的一大研究热点。

为了实现太赫兹波段的动态相位调控，研究人员结合二氧化钒或石墨烯等可调材料设计了多种动态可调的超构表面。目前，透射型太赫兹相位调制超构表面存在着动态调控范围小（<180°）或效率低（<10%）的挑战，亟需探索新型的物理机制和结构设计。

作者介绍

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