3D列印屏幕完美塑型太赫茲光束

太赫茲（Terahertz）輻射（圖片來源：Tech-FAQ）

太赫茲（Terahertz，THz）光譜「隱藏」在紅外線、微波等更為人熟知的電磁波中。太赫茲光譜及其輻射波長目前仍是個全新的研究領域，研究人員已了解到，太赫茲輻射可為成像及通訊等應用提供附加價值。如今，太赫茲常被應用於實驗室材料分析及機場安檢。太赫茲波長比可見光波長要長得多，在毫米範圍內，且太赫茲光束只能通過特殊技術來實現操控。

據麥姆斯諮詢報道，奧地利維也納技術大學（Technical University of Vienna，以下簡稱TU Wien）的研究人員長期致力於研究塑造完美太赫茲光束的方法，近期成功利用精確計算的3D列印塑料屏幕，完美塑造了太赫茲光束。TU Wien研究小組利用該簡單的3D列印屏幕可將太赫茲光束精確地塑造為所需形狀。

像透鏡，但更棒！

來自TU Wien固態物理研究所的Andrei Pimenov教授解釋道：「普通塑料對太赫茲光束來說，就像玻璃對於可見光一樣，是完全透明的。然而，太赫茲光波穿過塑料時，速度會稍微變慢，這就意味著光束穿過塑料後波峰和波谷會有些位移，我們稱之為移相（phase shifting）。」

這就好比玻璃光學透鏡，它的中間比邊緣厚，因此穿過透鏡中央的光束會比穿過邊緣的光束花費更多時間。這會導致穿過透鏡中間的光束比穿過邊緣的光束延遲得多，光束形狀會發生改變（即更寬的光束可聚焦在單點上）。TU Wien的研究人員使用相同類型的移相來塑造太赫茲光束，儘管他們的這項研究還遠未完善。

Pimenov教授團隊中的博士研究生Jan Gosporadic補充說：「我們不僅想把寬光束投射成一個單點，我們的終極目標是實現將任何光束塑造為想要的形狀。」

3D列印屏幕

TU Wien研究人員通過在光束中插入一個直徑僅為幾厘米的精確調整的3D列印塑料屏幕，就完成了該目標。在此過程中，研究人員必須調整屏幕的厚度（0至4mm），以便使光束的不同區域以可控的方式偏轉，最終形成理想的圖像或形狀。

Pimenov教授解釋道：「這個過程其實非常簡單。對於2 mm波長的太赫茲輻射來說，甚至並不需要解析度很高的3D印表機，只要結構精度明顯好於所使用的輻射波長就足夠了。」

Jan Gospodaric和Andrei Pimenov教授在實驗室中的合影

該團隊最近在Applied Physics Letters《應用物理快報》雜誌上發表了題為「3D-printed phase waveplates for THz beam shaping」的論文，合著者包括來自維也納大學（University of Vienna）的Gosporadic, A. Kuzmenko、Anna Pimenov、 C. Huber和D. Suess，以及來自TU Wien的S. Rotter和Pimenov教授。

論文摘要：「源於3D列印技術的進步，3D列印可實現合適的列印解析度以及聚合物材料的太赫茲通透性，為我們構建經濟型定製太赫茲元器件提供了新的方法。為了在遠距離圖像平面上建立預先定義的光前強度分布，我們提出了一種計算、設計並製造太赫茲波片的方法，對入射太赫茲光束（λ0?=?2.14?mm）進行相位調製。我們針對兩種不同目標強度使用了修正的Gerchberg-Saxton演算法進行計算。所得到的相位調製曲線可用於對聚丙交酯進行建模，並採用市售3D印表機列印。測試結果在配備掃描選項的太赫茲實驗裝置中進行測試，其結果與理論預測具有很高的一致性。」

當屏幕插入光束時，會出現特定的圖案：十字或TU Wien標誌

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