近期，中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室激光微納加工研究團隊在飛秒激光打印太赫茲超表面研究方面取得進展。團隊通過空間光調制器對飛秒激光進行空間整形，打印了基于膠囊型的太赫茲全息超表面，實現了太赫茲全息超表面的偏振復用功能。相關研究以“Beam－shaped femtosecond laser printing of quasi－capsule－shaped holographic terahertz metasurfaces”為題發(fā)表于Optics Letters。

超表面可以在亞波長量級實現對太赫茲波的靈活調控，有效地促進了太赫茲系統(tǒng)的集成化和小型化發(fā)展。但傳統(tǒng)的太赫茲超表面制備技術存在效率低、步驟繁瑣、成本高昂、對環(huán)境要求高等諸多缺點，阻礙了太赫茲超表面的工業(yè)化發(fā)展。因此，迫切需要一種高精度、高效率的制造方案，實現太赫茲超表面的快速打印。

圖1 （a）偏振復用太赫茲超表面示意圖，水平方向膠囊形孔徑對X偏振太赫茲波（0．8THz）的（b）振幅透過率和（d）相位延遲，對Y偏振太赫茲波（0．8THz）的（c）振幅透過率和（e）相位延遲，（f）水平方向膠囊形孔徑、垂直方向膠囊形孔徑、圓孔示意圖。

研究團隊提出一種基于空間整形的飛秒激光打印太赫茲超表面方法。該方法采用空間光調制器對飛秒激光進行空間整形，通過加載不同的全息圖，及對激光器和位移臺的協(xié)同控制，成功地打印出一系列具有不同形貌結構的膠囊形孔徑。基于膠囊形孔徑與加工參數、全息圖的對應關系，利用伯奇編碼實現了膠囊形孔徑的選取和排布。最終，利用空間整形飛秒激光打印平臺快速打印出了可偏振復用的太赫茲全息超表面。通過仿真和實驗表征，打印的超表面在不同線偏振太赫茲波入射時可以重建出不同再現像的功能，這可以用于信息的存儲與加密。該工作驗證了飛秒激光打印太赫茲超表面的可行性，也為緊湊型太赫茲功能器件的工業(yè)化制備提供了新途徑。

此項工作得到了國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學基金的支持。

圖2 （a）制備的太赫茲超表面的光學顯微圖像，（b）四種孔徑對不同極化太赫茲波的振幅透過率，（c）太赫茲超表面全息圖像的模擬與實驗重建。