中新網北京1月22日電 (記者 孫自法)中國科學院空天信息創新研究院(空天院)1月22日向媒體發布消息說，該院科研團隊通過創新技術，已成功實現超寬帶太赫茲偏振態的高精度動態調控。這項關鍵技術突破，將助力推動太赫茲在新一代無線通信、文物無損檢測、生物微量傳感等方向發展和應用，在電子信息、文化遺產、生命健康等領域發揮獨特作用。
太赫茲多功能寬帶偏振調制器。(a)為器件結構示意圖；(b)為實驗測得的四種偏振態輸出。中國科學院空天院 供圖這一太赫茲研究應用領域取得的重要進展成果，由中國科學院空天院研究員陳學權、方廣有帶領研究團隊聯合南京大學教授吳敬波團隊共同完成，相關研究論文近日在專業學術期刊《光學》(Optica)發表。
論文通訊作者陳學權研究員介紹說，太赫茲(THz)波在電磁波譜中位于微波與紅外之間，相關技術在過去20年中受到大量關注并快速發展。同時，太赫茲以獨特物理特性促使其在許多學科中獲得廣泛應用。例如，太赫茲波的大帶寬是未來6G高速無線通信的基礎；太赫茲波能穿透并以優異的橫、縱向分辨率解析許多光學不透明材料，使其成為繼X光和超聲之后的另一種新型無損檢測技術，在制造業、制藥業和考古學等領域具有獨特優勢；太赫茲波對水氫鍵網絡弛豫、分子振動和載流子濃度的高靈敏度，使之成為生物醫學、化學和物理研究中不可或缺的工具。
在上述大多數應用中，太赫茲波的偏振態是一個關鍵控制參數，而偏振描述的是電場振動隨時間的變化規律。陳學權解釋稱，光波的電場振動如同藝術體操運動員手里的繩子，既可上下、左右擺動，也能順時針、逆時針旋轉。偏振調制器扮演著運動員的角色，制造出截然不同的運動軌跡。
然而，主動控制太赫茲波的偏振具有非常大的挑戰性，這一現狀主要由太赫茲波的兩個天然特性引起。首先，太赫茲波的波長在百微米到毫米級別，比可見光大近3個數量級，常規材料難以實現高效的調控；其次，太赫茲波極大的帶寬(0.1至10太赫茲)要求器件具有非常低色散的響應特性，對結構提出了很高要求。“這如同在體操中既要繩子做出大幅度的甩動，又要具備高達100倍的速度變化能力。”陳學權進一步解釋道。
針對挑戰性難題，研究團隊在本項研究中通過調節偏振調制器的兩個關鍵參數——金屬鏡-棱鏡距離和液晶雙折射率，在超寬范圍內實現了太赫茲p偏振和s偏振光之間的大范圍相位調控，具有極低色差的同時保持光的反射強度幾乎不變。這意味著偏振的兩個基本維度可以被靈活控制，進而輸出任意的偏振態，且相對帶寬均超過90%。
研究團隊指出，相比目前已知其他太赫茲偏振調控器，他們此次研制成功的太赫茲偏振調制器，在多功能性、大工作帶寬以及高控制精度上取得顯著性能突破，可為光譜檢測提供先進的偏振解析能力，滿足材料物理特性研究、生物制藥品質監測等應用需求，也可作為下一代信息技術的核心部件，在高速通信中降低傳輸損耗、提高數據吞吐量。(完)