【摘 要】
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太赫兹技术在许多应用领域具有广阔的应用前景,但在太赫兹波段缺少具有突出特性的功能器件是阻碍实际应用的关键问题。为了解决这个问题,将超表面引入了太赫兹中,超表面在工作波长下其结构尺寸比传统的光学元件小得多。以前研究中超表面结构一旦制造出来其功能就很难改变,比较单一。对此,已有学者将超表面结构与二氧化钒（Vanadium oxide,VO2）等活性材料相结合,从而实现多功能超表面结构。本文主要以太赫兹
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太赫兹技术在许多应用领域具有广阔的应用前景,但在太赫兹波段缺少具有突出特性的功能器件是阻碍实际应用的关键问题。为了解决这个问题,将超表面引入了太赫兹中,超表面在工作波长下其结构尺寸比传统的光学元件小得多。以前研究中超表面结构一旦制造出来其功能就很难改变,比较单一。对此,已有学者将超表面结构与二氧化钒（Vanadium oxide,VO2）等活性材料相结合,从而实现多功能超表面结构。本文主要以太赫兹超表面为研究基础,利用VO2相变特性设计了三种超表面结构,通过切换实现宽带吸收与偏振转换功能。第一种是基于VO2超表面结构设计了宽带吸收器与宽带双频线-圆偏振转换器。当VO2表现为金属态时,在1.47-2.87 THz频率范围内吸收率大于90%,实现了宽带吸收功能,该吸收器具有偏振不敏感及大入射角吸收特性。当VO2表现为绝缘态时,在0.95-1.48 THz范围内,归一化椭圆率（Ellipticity,E）E（27）-0.95,线偏振太赫兹波被转化为右旋圆偏振太赫兹波;在2.02-2.99 THz范围内,E（29）0.95,线偏振太赫兹波被转化为左旋圆偏振太赫兹波,实现了具有相反旋向的双宽带反射式线-圆偏振转换功能。第二种是利用VO2超表面结构设计了宽带吸收器与反射式线偏振转换器。当VO2表现为金属态时,在1.21-3.04 THz频率范围内吸收率大于90%,实现了宽带吸收功能,其相对带宽可达86%,所设计的吸收器具有对偏振角不敏感特性以及在大入射角下能够保持良好的吸收特性。当VO2表现为绝缘态时,在0.8-1.86 THz频率范围内偏振转换率（Polarization Conversion Rate,PCR）始终大于0.92,相应的工作带宽为1.06 THz,具有较宽的工作带宽和较高的偏振转换性能。第三种是利用VO2-gold超表面结构设计了宽带吸收器与正交线偏振转换器。当VO2呈金属态时,在1.2-2.96 THz频率范围内吸收率高于90%,相对带宽可达85%,实现了宽带吸收功能且具有偏振不敏感以及大入射角吸收特性。当VO2呈绝缘态时,在0-3.4 THz频率范围内PCR大于99%且偏振方位角ψ≈±90°,实现了宽带、高效的正交线偏振转换功能。通过本项研究,基于VO2相变机理设计的可切换超表面器件具有结构简单、宽带、高效等特点。在光开关以及光学智能应用中具有潜在的应用价值。
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