Elektromagnetische (EM) golven in het terahertz (THz) regime dragen bij aan belangrijke toepassingen in communicatie, beveiligingsbeeldvorming, en bio- en chemische detectie. Een dergelijke brede toepasbaarheid heeft geleid tot aanzienlijke technologische vooruitgang. Echter, door zwakke interacties tussen natuurlijke materialen en THz-golven, conventionele THz-apparaten zijn doorgaans omvangrijk en inefficiënt. Hoewel er ultracompacte actieve THz-apparaten bestaan, de huidige elektronische en fotonische benaderingen van dynamische controle zijn niet efficiënt geweest.

Onlangs, snelle ontwikkelingen in meta-oppervlakken hebben nieuwe mogelijkheden geopend voor het creëren van zeer efficiënte, ultracompacte THz-apparaten voor dynamische golffrontcontrole. Ultradunne metamaterialen gevormd door subgolflengte vlakke microstructuren (d.w.z. meta-atomen), meta-oppervlakken maken op maat gemaakte optische reacties mogelijk voor de controle van EM-golffronten. Door meta-oppervlakken te construeren die bepaalde vooraf ontworpen faseprofielen hebben voor doorgelaten of gereflecteerde golven, wetenschappers hebben fascinerende golfmanipulatie-effecten aangetoond, zoals afwijkende lichtafbuiging, polarisatie manipulatie, fotonische spin-Hall, en hologrammen.

Bovendien, het integreren van actieve elementen met individuele meta-atomen in passieve meta-oppervlakken zorgt voor 'actieve' metadevices die dynamisch EM-golffronten kunnen manipuleren. Terwijl actieve elementen in diepe subgolflengten gemakkelijk te vinden zijn in het microgolfregime (bijv. PIN-diodes en varactors), en succesvol bijdragen aan actieve metadevices voor beam-steering, programmeerbare hologrammen, en dynamische beeldvorming, ze zijn moeilijk te creëren bij frequenties hoger dan THz. Deze moeilijkheid is te wijten aan de groottebeperkingen en aanzienlijke ohmse verliezen in elektronische schakelingen. Hoewel THz-frequenties THz-stralen op een uniforme manier kunnen regelen, ze zijn meestal niet in staat om de THz-golffronten dynamisch te manipuleren. Dit is uiteindelijk te wijten aan tekortkomingen in de lokale afstemmingsmogelijkheden op diepe subgolflengteschalen in dit frequentiedomein. Daarom, het ontwikkelen van nieuwe benaderingen die de afhankelijkheid van lokale afstemming omzeilen, is een prioriteit.

Zoals gemeld in Geavanceerde fotonica , onderzoekers van Shanghai University en Fudan University ontwikkelden een algemeen raamwerk en metadevices voor het bereiken van dynamische controle van THz-golffronten. In plaats van de individuele meta-atomen in een THz-meta-oppervlak (bijv. via PIN-diode, varactor, enzovoort.), ze variëren de polarisatie van een lichtstraal met roterende meerlagige gecascadeerde meta-oppervlakken. Ze tonen aan dat het roteren van verschillende lagen (elk met een bepaald faseprofiel) in een gecascadeerd metadeapparaat met verschillende snelheden dynamisch de effectieve Jones-matrixeigenschap van het hele apparaat kan veranderen, het bereiken van buitengewone manipulaties van het golffront en de polarisatiekarakteristieken van THz-stralen. Er worden twee metadevices gedemonstreerd:de eerste metadevice kan een normaal invallende THz-straal efficiënt omleiden om over een groot ruimtehoekbereik te scannen, terwijl de tweede zowel het golffront als de polarisatie van een THz-straal dynamisch kan manipuleren.

Dit werk stelt een aantrekkelijke alternatieve manier voor om goedkope dynamische controle van THz-golven te bereiken. De onderzoekers hopen dat het werk toekomstige toepassingen in THz-radar zal inspireren, evenals bio- en chemische detectie en beeldvorming.