通过超表面全光分子化实现太赫兹频率与相位的超快调控

摘要： 将具有强光-物质相互作用的光活性半导体集成到功能单元超原子中，为动态调控太赫兹（THz）波提供了有效途径。本研究提出并全面分析了一种新型超构光调制器，其展现出卓越的共振频率与相位宽域可调性，并具备超快光开关特性。具体而言，通过在超表面嵌入平行硅（Si）桥结构增强连接能力，实现了从磁四极子到电偶极子的超快光学分子化转变。在飞秒脉冲激发下，该调制器的共振频率调谐范围高达40%（从1.16 THz至0.7 THz），通过调节硅桥长度可进一步提升至48%（从1.56 THz至0.81 THz）。同时，在保持高透射率的前提下，特定频率处的相位延迟可实现53.3°的精准调控。此外，研究首次系统探究了瞬态频率切换与相移动力学过程，证实其完全恢复时间小于2纳秒。该超构调制器通过光学分子化超表面设计，在保持超快开关速度的同时，同步实现了共振频率与相位的大范围调谐，为多功能主动调控系统提供了更深入的理论认知。