中新网北京1月22日电 (记者 孙自法)中国科学院空天信息创新研究院(空天院)1月22日向媒体发布消息说，该院科研团队通过创新技术，已成功实现超宽带太赫兹偏振态的高精度动态调控。这项关键技术突破，将助力推动太赫兹在新一代无线通信、文物无损检测、生物微量传感等方向发展和应用，在电子信息、文化遗产、生命健康等领域发挥独特作用。
太赫兹多功能宽带偏振调制器。(a)为器件结构示意图；(b)为实验测得的四种偏振态输出。中国科学院空天院 供图这一太赫兹研究应用领域取得的重要进展成果，由中国科学院空天院研究员陈学权、方广有带领研究团队联合南京大学教授吴敬波团队共同完成，相关研究论文近日在专业学术期刊《光学》(Optica)发表。
论文通讯作者陈学权研究员介绍说，太赫兹(THz)波在电磁波谱中位于微波与红外之间，相关技术在过去20年中受到大量关注并快速发展。同时，太赫兹以独特物理特性促使其在许多学科中获得广泛应用。例如，太赫兹波的大带宽是未来6G高速无线通信的基础；太赫兹波能穿透并以优异的横、纵向分辨率解析许多光学不透明材料，使其成为继X光和超声之后的另一种新型无损检测技术，在制造业、制药业和考古学等领域具有独特优势；太赫兹波对水氢键网络弛豫、分子振动和载流子浓度的高灵敏度，使之成为生物医学、化学和物理研究中不可或缺的工具。
在上述大多数应用中，太赫兹波的偏振态是一个关键控制参数，而偏振描述的是电场振动随时间的变化规律。陈学权解释称，光波的电场振动如同艺术体操运动员手里的绳子，既可上下、左右摆动，也能顺时针、逆时针旋转。偏振调制器扮演着运动员的角色，制造出截然不同的运动轨迹。
然而，主动控制太赫兹波的偏振具有非常大的挑战性，这一现状主要由太赫兹波的两个天然特性引起。首先，太赫兹波的波长在百微米到毫米级别，比可见光大近3个数量级，常规材料难以实现高效的调控；其次，太赫兹波极大的带宽(0.1至10太赫兹)要求器件具有非常低色散的响应特性，对结构提出了很高要求。“这如同在体操中既要绳子做出大幅度的甩动，又要具备高达100倍的速度变化能力。”陈学权进一步解释道。
针对挑战性难题，研究团队在本项研究中通过调节偏振调制器的两个关键参数——金属镜-棱镜距离和液晶双折射率，在超宽范围内实现了太赫兹p偏振和s偏振光之间的大范围相位调控，具有极低色差的同时保持光的反射强度几乎不变。这意味着偏振的两个基本维度可以被灵活控制，进而输出任意的偏振态，且相对带宽均超过90%。
研究团队指出，相比目前已知其他太赫兹偏振调控器，他们此次研制成功的太赫兹偏振调制器，在多功能性、大工作带宽以及高控制精度上取得显著性能突破，可为光谱检测提供先进的偏振解析能力，满足材料物理特性研究、生物制药品质监测等应用需求，也可作为下一代信息技术的核心部件，在高速通信中降低传输损耗、提高数据吞吐量。(完)