Vanadium Dioxide Based Reconfigurable Janus Metasurface for Terahertz Full Space Wavefront Manipulation

波前 太赫兹辐射 光学 极化(电化学) 材料科学 光束转向 多路复用 光电子学 可重构性 反射(计算机编程) 传输(电信) 物理 梁(结构) 反射系数 线极化 超材料 可重构天线 相位调制 波导管 脉冲整形 光开关 波前传感器 基点 变形镜 衍射光栅 电介质 电磁辐射 衍射 自由度(物理和化学) 脉冲压缩 波束赋形 圆极化 超短脉冲
作者
Weiyu Luo,FZ Hu,Mo Yang,An Su,Mingzhu Jiang,Longhui Zhang,Zhongpeng Gao,Ying Chen
出处
期刊:IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics [IEEE Photonics Society]
卷期号:32 (3: Nanophotonics, Metamaterials): 1-9
标识
DOI:10.1109/jstqe.2026.3679720
摘要

Full space beam control can achieve precise orientation of signal energy in three-dimensional space, and has important application in radar systems and wireless communications. Here, we present a reconfigurable Janus metasurface based on the phase change material vanadium dioxide (VO2), realizing bidirectional transmission and reflection at different temperatures. The meta-atom is composed of a three-layer metal-VO2 composite structure and two dielectric layers. When the VO2 is in the insulating state, the metasurface operates in transmission mode, enabling linear polarization conversion and independent beam control for terahertz (THz) waves incident from both forward and backward directions. When the VO2 is in the metallic state, the metasurface switches to reflection mode, where linear polarization conversion and phase control of reflected waves are realized through the transmission-phase principle. Furthermore, by combining transmission-phase and geometric-phase mechanisms, decoupled control of circular polarization is achieved. By arrangement of these meta-atoms, we further designed a four-channel device capable of dynamically switching between the metalens and vortex beam generator. Meanwhile, a six-channel imaging device is constructed to produce distinct letter patterns under different operating modes. The results demonstrate that the proposed metasurface device achieves versatile multi-channel multiplexing. This work provides a new strategy for enhancing the multiplexing freedom of metasurface-based wavefront manipulation, with promising applications in THz rader, imaging, communications, and related fields.
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