用于太赫兹频率波前调控的全介电超表面

近年来，超表面因能提供空间变化的相位响应、低本征损耗和高透射率而广受欢迎。在此，我们通过数值模拟与实验演示了一种在太赫兹频率下工作的硅超表面，其可将高斯光束转换为与入射光束偏振无关的光涡旋光束。该超表面由高折射率材料制成的亚波长硅十字谐振器阵列构成，衬底为蓝宝石和 CaF$_2$ 等在红外-太赫兹光谱范围透明的材料。利用这些衬底，可针对特定光谱范围制作相位元件，包括约 10$~\mu$m 处的分子指纹区以及更长的太赫兹波长处（可揭示分子次级结构）。该器件具有高透射率及 0 至 $2\pi$ 的相位覆盖。透射相位通过调节元原子尺寸来调谐。为演示波前调控，我们采用离散化螺旋相位分布将入射高斯光束转换为涡旋光束。为此，我们将超表面划分为八个角向扇区，并为每个扇区中的十字结构选取八种不同尺寸，以提供依次相差 $\pi/4$ 弧度的相位偏移。采用光刻与反应离子刻蚀(RIE)制备这些硅十字结构，其圆柱尺寸可达数百微米。成功制备了直径达 1 cm 的大尺寸光学元件，并通过光学轮廓术进行了表征。