太赫茲波（0.1–10 THz）因其在穿透能力、頻譜資源和空間分辨率方面的獨特優(yōu)勢建設，在6G通信在此基礎上、雷達成像、智能感知系統(tǒng)中具有重要應(yīng)用價值極致用戶體驗。在實際系統(tǒng)中提供有力支撐，這類應(yīng)用往往同時依賴多種波束調(diào)控模式應用，例如多焦點聚焦建議、定向傳輸、波束掃描等相貫通。因此不斷發展，如何在單一平臺上實現(xiàn)多功能集成，并支持不同工作模式之間的靈活切換自動化方案，成為當前太赫茲器件設(shè)計中的關(guān)鍵問題緊密協作。超表面為太赫茲波調(diào)控提供了高度可設(shè)計的平臺，然而線上線下，現(xiàn)有多數(shù)太赫茲超表面仍屬于靜態(tài)器件發揮重要作用，其功能在制備完成后即被固定。為實現(xiàn)動態(tài)調(diào)控數據顯示，研究人員通常引入有源材料高質量，但這類方案常面臨響應(yīng)效率有限、結(jié)構(gòu)復(fù)雜記得牢、制造和系統(tǒng)集成困難等問題註入了新的力量。與材料調(diào)控路徑不同，機械重構(gòu)提供了一種通過改變結(jié)構(gòu)配置實現(xiàn)功能切換的替代策略更多可能性。然而去創新，現(xiàn)有機械重構(gòu)超表面設(shè)計多依賴固定堆疊/級聯(lián)配置或復(fù)雜的協(xié)同優(yōu)化過程，缺乏制造后的靈活性緊迫性，同時對大面積結構、低成本制備并不友好。

近期高效，南開大學王曉雷教授課題組提出了一種基于自旋解耦機制的模塊化太赫茲超表面設(shè)計策略溝通協調，在無需有源材料的情況下擴大公共數據，實現(xiàn)了多種太赫茲波束調(diào)控功能的自由切換。該方案的核心思想在于將偏振復(fù)用與模塊化結(jié)構(gòu)重構(gòu)相結(jié)合帶動擴大，從系統(tǒng)架構(gòu)層面提升超表面的功能自由度核心技術體系。基于這一策略核心技術，研究團隊僅使用兩個結(jié)構(gòu)相同的超表面模塊應用提升，即實驗演示了多種典型太赫茲波束調(diào)控功能（如圖1所示）。相關(guān)成果以“Modular Spin-Decoupled Metasurfaces for Switchable and Multifunctional Terahertz Wave Modulation"為題創造性，發(fā)表在期刊《Laser & Photonics Reviews》上發展的關鍵。南開大學現(xiàn)代光學研究所的博士生胡浩為作者，王曉雷教授為通訊作者規模設備。

超表面設(shè)計、制備與表征：如圖2(a)所示競爭力，研究中選取了一種具有多自由度幾何參數(shù)的“Z"形手性晶胞充分。通過調(diào)節(jié)晶胞的多個幾何參數(shù)，可以在較寬范圍內(nèi)獨立調(diào)控左右旋圓偏振光的透射相位與效率集聚「偁幜?；谌姶欧抡妫瑢Σ煌瑓?shù)組合下的相位延遲和透射效率進行了系統(tǒng)掃描狀況，構(gòu)建了完整的晶胞數(shù)據(jù)庫機製性梗阻。通過合理排布不同手性晶胞，可實現(xiàn)復(fù)雜的太赫茲波前調(diào)控功能全過程。研究團隊采用摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）3D打印技術(shù)（nanoArch® S140集成應用，精度10 μm）制造了兩個相同的超表面模塊。所選用的材料為氧化鋁陶瓷不負眾望，該材料在太赫茲頻段具有較高折射率和良好的介電性能高效流通，同時兼容高精度3D打印工藝。圖2(b)展示了制備完成的超表面模塊的顯微結(jié)構(gòu)照片及典型晶胞的尺寸測量結(jié)果密度增加。隨后有效性，利用連續(xù)太赫茲波測量系統(tǒng)[圖2(c)]對器件性能進行了系統(tǒng)表征。實驗測得的聚焦位置機遇與挑戰、偏轉(zhuǎn)角度及場分布[圖2(e)]與仿真結(jié)果[圖2(d)]高度一致廣泛關註，驗證了設(shè)計方法與制造工藝的可靠性。

平面拼接：通過對兩個模塊進行平面拼接，可實現(xiàn)整體相位分布的重新構(gòu)建，其對應(yīng)的相位分布如圖3(a)所示更優美。仿真與實驗結(jié)果[圖3(b)(c)]均表明實際需求，該拼接結(jié)構(gòu)能夠穩(wěn)定實現(xiàn)預(yù)期的雙焦點與無衍射波束生成功能。更進一步優勢，拼接結(jié)構(gòu)允許模塊之間的相對位置進行靈活調(diào)節(jié)善謀新篇。圖3(d)所示的仿真結(jié)果表明，當模塊在面內(nèi)平移約10 mm 時便利性，光束的聚焦位置可在 z = 30–50 mm 范圍內(nèi)連續(xù)變化方法。這一特性為變焦成像等應(yīng)用提供了新的實現(xiàn)方式。

同向級聯(lián)：在同向級聯(lián)配置中切實把製度，通過調(diào)節(jié)兩個模塊之間的面內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度，可以實現(xiàn)雙焦點在橫向方向上的連續(xù)掃描自行開發。同時進行部署，結(jié)合四分之一波片調(diào)節(jié)入射偏振態(tài)，還可實現(xiàn)不同焦點之間的功率分配調(diào)控應用情況，如圖4和圖5所示保護好。盡管實驗中僅展示了沿x方向的掃描，但通過組合不同旋轉(zhuǎn)角度解決問題，理論上可在半徑約20 mm的圓形區(qū)域內(nèi)合成任意連續(xù)掃描軌跡系列。

反向級聯(lián)：在反向級聯(lián)配置中，系統(tǒng)能夠在近場聚焦與遠場定向傳輸模式之間實現(xiàn)切換著力增加。如圖6所示智能化，在近場模式下，聚焦點可在 ?20 至 19 mm 范圍內(nèi)連續(xù)掃描（焦距f ≈ 23 mm）處理；而在遠場模式下建設，出射波束可在約?40° 至 42° 的視場角范圍內(nèi)實現(xiàn)定向傳輸。

總結(jié)：該工作提出了一種基于自旋解耦與模塊化重構(gòu)的超表面設(shè)計策略前來體驗，不僅支持正交圓偏振通道的獨立控制，還能夠在多種功能模式之間實現(xiàn)無縫切換確定性，而無需重新設(shè)計晶胞或引入額外調(diào)控單元更加廣闊。與傳統(tǒng)動態(tài)太赫茲器件相比，該方案在制造兼容性講故事、系統(tǒng)穩(wěn)定性非常完善、成本控制和功能擴展性方面具有明顯優(yōu)勢，為構(gòu)建高集成度、多功能的太赫茲光子系統(tǒng)提供了有力支撐支撐作用。