上海光机所在飞秒激光打印太赫兹全息超表面方面取得进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室激光微纳加工研究团队在飞秒激光打印太赫兹超表面研究方面取得进展。团队通过空间光调制器对飞秒激光进行空间整形，打印了基于胶囊型的太赫兹全息超表面，实现了太赫兹全息超表面的偏振复用功能。相关研究以“Beam-shaped femtosecond laser printing of quasi-capsule-shaped holographic terahertz metasurfaces”为题发表于Optics Letters。

超表面可以在亚波长量级实现对太赫兹波的灵活调控，有效地促进了太赫兹系统的集成化和小型化发展。但传统的太赫兹超表面制备技术存在效率低、步骤繁琐、成本高昂、对环境要求高等诸多缺点，阻碍了太赫兹超表面的工业化发展。因此，迫切需要一种高精度、高效率的制造方案，实现太赫兹超表面的快速打印。

图1.（a）偏振复用太赫兹超表面示意图，水平方向胶囊形孔径对X偏振太赫兹波（0.8THz）的（b）振幅透过率和（d）相位延迟，对Y偏振太赫兹波（0.8THz）的（c）振幅透过率和（e）相位延迟，（f）水平方向胶囊形孔径、垂直方向胶囊形孔径、圆孔示意图。

图2.（a）制备的太赫兹超表面的光学显微图像，（b）四种孔径对不同极化太赫兹波的振幅透过率，（c）太赫兹超表面全息图像的模拟与实验重建。

研究团队提出一种基于空间整形的飞秒激光打印太赫兹超表面方法。该方法采用空间光调制器对飞秒激光进行空间整形，通过加载不同的全息图，及对激光器和位移台的协同控制，成功地打印出一系列具有不同形貌结构的胶囊形孔径。基于胶囊形孔径与加工参数、全息图的对应关系，利用伯奇编码实现了胶囊形孔径的选取和排布。最终，利用空间整形飞秒激光打印平台快速打印出了可偏振复用的太赫兹全息超表面。通过仿真和实验表征，打印的超表面在不同线偏振太赫兹波入射时可以重建出不同再现像的功能，这可以用于信息的存储与加密。该工作验证了飞秒激光打印太赫兹超表面的可行性，也为紧凑型太赫兹功能器件的工业化制备提供了新途径。

此项工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的支持。

相关链接：https://doi.org/10.1364/OL.516068