天津大学太赫兹研究取得重要成果,首次实现反射式手性全息成像

2018-08-06 12:09:23 / 打印

从天津大学获悉,该校太赫兹研究中心韩家广教授团队在基于超表面的全息成像技术方面取得突破,首次实现了反射式手性全息成像。相关研究成果已在最新一期《自然》杂志系列刊物《光:科学与应用》上发表。

超表面是由亚波长微结构组成的人工结构表面。通过对电磁波波前的相位与振幅的调制,超表面是由亚波长微结构组成的人工结构表面。通过对电磁波波前的相位与振幅的调制,超表面可以实现透镜,隐身等现象。由于像素(微结构)大小仅为亚波长量级,基于超表面的全息术可以得到高效率,高质量的全息像。不同于传统的光学器件,某些超表面通过合理的设计可实现对于不同线偏振光的独立响应。但目前绝大多数超表面的基本结构单元是非手性的,所以对于不同圆偏振光的响应是完全依赖的,难以实现对于对不同圆偏振光的独立操控。

为解决这一难题,研究团队在太赫兹波段设计了两种分别对于LCP与RCP高效率响应同时吸收另一种圆偏振光的手性基本结构单元。通过理论与实验双重验证,首次以直接设计的方式实现了手性的全息成像。该工作展示了针对圆偏振光的偏振选择性,丰富了超表面的独特性能,拓展了超表面的研究与应用范围。由于具有强烈的手性响应,该工作对于设计人工手性材料领域也具有重大意义。另外,由于不同偏振通道之间几乎没有任何串扰,该技术可以应用于偏振多路复用技术,这对于全息术在信息存储与通信等方面的潜在应用具有重大意义。据介绍,太赫兹波是电磁波的一种,广义上指频率为100GHz~10THz的电磁辐射,太赫兹波具有穿透性强、使用安全性高、定向性好等特性,可在医疗、勘探乃至战争中发挥巨大作用。与我们熟知的红外线、X光等不同,太赫兹是目前人类了解最少、开发最少的电磁波段,被称为探索电磁波谱的“最后一段空隙”。随着科技发展,太赫兹在世界各国科学研究中日渐占据重要位置。全息技术是一种高质量的三维成像术,作为一种方兴未艾的革命性技术,已经在高档汽车导航、文艺表演、军事侦察、文物保存等领域得到广泛应用。全息成像的关键步骤是要将光投射到全息板上,但目前主流全息成像技术所使用的全息板不能辨别光的偏振态,难以做到独立成像。天大科研团队研究发现,经过精密设计的超表面对太赫兹波能够产生强烈的“手性响应”,使用这种超表面材料制成的全息板可以识别不同光的偏振态,记忆信息量也更丰富,让全息板“变聪明”,最终实现完全独立的全息成像,大幅度提高了全息板工作效率。该技术为电磁波偏振态的操控与利用提供了全新思路,对于全息成像技术在信息存储与通信等方面潜在应用具有重大意义。