天津大學太赫茲研究取得重要成果，首次實現反射式手性全息成像

從天津大學獲悉，該校太赫茲研究中心韓家廣教授團隊在基於超表面的全息成像技術方面取得突破，首次實現了反射式手性全息成像。相關研究成果已在最新一期《自然》雜誌系列刊物《光：科學與應用》上發表。

超表面是由亞波長微結構組成的人工結構表面。通過對電磁波波前的相位與振幅的調製，超表面是由亞波長微結構組成的人工結構表面。通過對電磁波波前的相位與振幅的調製，超表面可以實現透鏡，隱身等現象。由於像素（微結構）大小僅為亞波長量級，基於超表面的全息術可以得到高效率，高質量的全息像。不同於傳統的光學器件，某些超表面通過合理的設計可實現對於不同線偏振光的獨立響應。但目前絕大多數超表面的基本結構單元是非手性的，所以對於不同圓偏振光的響應是完全依賴的，難以實現對於對不同圓偏振光的獨立操控。

為解決這一難題，研究團隊在太赫茲波段設計了兩種分別對於LCP與RCP高效率響應同時吸收另一種圓偏振光的手性基本結構單元。通過理論與實驗雙重驗證，首次以直接設計的方式實現了手性的全息成像。該工作展示了針對圓偏振光的偏振選擇性，豐富了超表面的獨特性能，拓展了超表面的研究與應用範圍。由於具有強烈的手性響應，該工作對於設計人工手性材料領域也具有重大意義。

另外，由於不同偏振通道之間幾乎沒有任何串擾，該技術可以應用於偏振多路復用技術，這對於全息術在信息存儲與通信等方面的潛在應用具有重大意義。

據介紹，太赫茲波是電磁波的一種，廣義上指頻率為100GHz~10THz的電磁輻射，太赫茲波具有穿透性強、使用安全性高、定向性好等特性，可在醫療、勘探乃至戰爭中發揮巨大作用。與我們熟知的紅外線、X光等不同，太赫茲是目前人類了解最少、開發最少的電磁波段，被稱為探索電磁波譜的「最後一段空隙」。隨著科技發展，太赫茲在世界各國科學研究中日漸佔據重要位置。

全息技術是一種高質量的三維成像術，作為一種方興未艾的革命性技術，已經在高檔汽車導航、文藝表演、軍事偵察、文物保存等領域得到廣泛應用。全息成像的關鍵步驟是要將光投射到全息板上，但目前主流全息成像技術所使用的全息板不能辨別光的偏振態，難以做到獨立成像。天大科研團隊研究發現，經過精密設計的超表面對太赫茲波能夠產生強烈的「手性響應」，使用這種超表面材料製成的全息板可以識別不同光的偏振態，記憶信息量也更豐富，讓全息板「變聰明」，最終實現完全獨立的全息成像，大幅度提高了全息板工作效率。該技術為電磁波偏振態的操控與利用提供了全新思路，對於全息成像技術在信息存儲與通信等方面潛在應用具有重大意義。

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