基于逆向设计超表面的超快全光太赫兹调制

       太赫兹(THz)波是指频率在0.1~10 THz(波长为3000～30μm)范围内的电磁波，在长波段与毫米波相重合，在短波段与红外光相重合，是宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，也是电子学向光子学的过渡区，称为电磁波谱的“太赫兹空隙(THz gap)”。太赫兹技术因其在成像、通信和无损检测等领域的广泛应用而受到广泛关注。这些应用促进了超快调制速度、高调制深度和宽工作带宽的太赫兹调制器的发展。然而，太赫兹波与传统材料之间的相互作用非常弱，难以对太赫兹信息进行调整，限制了太赫兹器件的应用。幸运的是，周期性的人工超材料可以将电磁场限制在亚波长范围内，为实现振幅、相位和极化的可控太赫兹调制提供了机会超表面在各种太赫兹元器件中起着关键作用，而设计的太赫兹超表面仍然缺乏灵活性和多样性。另一方面，逆向设计因其在光子学应用中的灵活性和鲁棒性而受到广泛关注。这为超表面设计以及多功能、高性能太赫兹器件的开发提供了极好的机会。

       近日，国防科技大学江天等人首次将粒子群优化算法与时域有限差分方法相结合，利用逆向设计方法构造了一个电磁诱导透明(EIT)效应支撑的太赫兹超表面。采用逆向设计超表面的锗(Ge)薄膜，实验验证了皮秒尺度上的超快EIT调制。实验结果表明，通过逆向设计优化算法在超表面建立太赫兹EIT效应是可行的。此外，该方法可以进一步用于设计多功能、高性能的太赫兹器件，这是传统超材料结构难以实现的。总之，该工作不仅为基于人工超材料的超快全光太赫兹调制器的设计提供了一种新的方法，而且显示了逆向设计在太赫兹器件上的潜在应用。相关研究工作发表在《Photonics Research》上。（丁雷）

       文章链接：WEIBAO HE et al, Ultrafast all-optical terahertz modulation based on an inverse-designed metasurface.Photonics Research(2021). https://doi.org/10.1364/PRJ.423119.