Bifunctional Manipulation of Terahertz Waves with High‐Efficiency Transmissive Dielectric Metasurfaces

太赫兹辐射 光电子学 材料科学 光学 光子学 电介质 波前 传输(电信) 多路复用 超材料 物理 电子工程 计算机科学 电信 工程类
作者
Zhuo Wang,Yao Yao,Weikang Pan,Haoyang Zhou,Yizhen Chen,Jing Lin,Jiaming Hao,Shiyi Xiao,Qiong He,Shulin Sun,Lei Zhou
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:10 (4) 被引量:48
标识
DOI:10.1002/advs.202205499
摘要

Multifunctional terahertz (THz) devices in transmission mode are highly desired in integration-optics applications, but conventional devices are bulky in size and inefficient. While ultra-thin multifunctional THz devices are recently demonstrated based on reflective metasurfaces, their transmissive counterparts suffer from severe limitations in efficiency and functionality. Here, based on high aspect-ratio silicon micropillars exhibiting wide transmission-phase tuning ranges with high transmission-amplitudes, a set of dielectric metasurfaces is designed and fabricated to achieve efficient spin-multiplexed wavefront controls on THz waves. As a benchmark test, the photonic-spin-Hall-effect is experimentally demonstrated with a record high absolute efficiency of 92% using a dielectric metasurface encoded with geometric phases only. Next, spin-multiplexed controls on circularly polarized THz beams (e.g., anomalous refraction and focusing) are experimentally demonstrated with experimental efficiency reaching 88%, based on a dielectric meta-device encoded with both spin-independent resonant phases and spin-dependent geometric phases. Finally, high-efficiency spin-multiplexed dual holographic images are experimentally realized with the third meta-device encoded with both resonant and geometric phases. Both near-field and far-field measurements are performed to characterize these devices, yielding results in agreement with full-wave simulations. The study paves the way to realize multifunctional, high-performance, and ultra-compact THz devices for applications in biology sensing, communications, and so on.
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