电控可调超表面实现实时太赫兹全息成像

太赫兹波段在高速无线通信、高级加密和医疗成像等下一代技术中具有巨大应用潜力。然而由于太赫兹波与大多数天然材料相互作用较弱，对其调控长期面临技术挑战。

过去二十年间，研究者逐渐转向超表面技术应对这一难题。这种经精密设计的超薄材料能呈现特殊电磁特性，为太赫兹波调控提供全新解决方案。理想状态下，用于加密和全息成像的太赫兹超表面应具备易配置、响应可外部调节的特性。但现有可调超表面系统往往依赖笨重或低能效的调控方式(如外部温控)，且全息信息采集通常采用缓慢的近场扫描系统，难以实现真正实时操作，制约了动态显示与可逆加密等实用化发展。

在此背景下，由上海理工大学陈麟博士和香港城市大学雷党愿教授组成的研究团队，成功研制出新型电控可调太赫兹全息超表面。其发表于《先进光子学》的研究采用创新设计，通过挖掘二氧化钒(VO2)独特性质，显著降低能耗与响应时间。

不同于多数过渡金属氧化物，二氧化钒在68℃低温下即可实现绝缘体-金属相变。这种可逆相变使材料能动态调控太赫兹波的"透射率"。研究团队设计的微梯结构以金线为"扶手"，二氧化钒间隙为"梯级"，当电流通过梯级单元时，电阻热效应引发的局部温变可使二氧化钒快速实现相变，从而实现高效节能的太赫兹响应调控。

经实验验证微梯超表面设计与可调性后，团队演示了其在全息成像与加密领域的应用。通过动态像素(含VO2)与静态像素(无VO2)的组合，成功将字符全息编码至超表面。破译该字符需在施加特定电流的同时观测太赫兹波透射情况，为此研究人员采用太赫兹焦平面成像系统实现高速图像采集。

电控“梯形”太赫兹调制器的仿真和实验演示

该超表面在耐久性与复现性方面表现优异：连续工作数十小时后图像质量保持稳定，成像距离微小变化几乎不影响性能。研究负责人陈麟表示："微梯超表面切换全息图像的动态响应时间仅需4.5秒，全动态像素配置下甚至可缩短至2秒。这种速度与稳定性为实时光学加密、防伪及下一代无线通信奠定基础。"

热力学分析证实该超表面可在3秒内完成完全相位切换，实验数据与理论预测高度吻合。这项研究为可调太赫兹超表面发展提供宝贵设计思路：微梯结构结合太赫兹焦平面成像系统，兼具易集成、低功耗(约0.8瓦)、主动调制与实时操作等优势。香港城市大学与创科电子有限公司团队计划持续研发电控太赫兹技术，后续将重点提升热管理性能并实现像素级精准调控，以释放可调太赫兹超表面的全部潜力。

审核编辑 黄宇