近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室激光微納加工研究團(tuán)隊(duì)在飛秒激光打印太赫茲超表面研究方面取得進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)通過(guò)空間光調(diào)制器對(duì)飛秒激光進(jìn)行空間整形，打印了基于膠囊型的太赫茲全息超表面，實(shí)現(xiàn)了太赫茲全息超表面的偏振復(fù)用功能。相關(guān)研究以“Beam－shaped femtosecond laser printing of quasi－capsule－shaped holographic terahertz metasurfaces”為題發(fā)表于Optics Letters。

超表面可以在亞波長(zhǎng)量級(jí)實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲波的靈活調(diào)控，有效地促進(jìn)了太赫茲系統(tǒng)的集成化和小型化發(fā)展。但傳統(tǒng)的太赫茲超表面制備技術(shù)存在效率低、步驟繁瑣、成本高昂、對(duì)環(huán)境要求高等諸多缺點(diǎn)，阻礙了太赫茲超表面的工業(yè)化發(fā)展。因此，迫切需要一種高精度、高效率的制造方案，實(shí)現(xiàn)太赫茲超表面的快速打印。

圖1 （a）偏振復(fù)用太赫茲超表面示意圖，水平方向膠囊形孔徑對(duì)X偏振太赫茲波（0．8THz）的（b）振幅透過(guò)率和（d）相位延遲，對(duì)Y偏振太赫茲波（0．8THz）的（c）振幅透過(guò)率和（e）相位延遲，（f）水平方向膠囊形孔徑、垂直方向膠囊形孔徑、圓孔示意圖。

研究團(tuán)隊(duì)提出一種基于空間整形的飛秒激光打印太赫茲超表面方法。該方法采用空間光調(diào)制器對(duì)飛秒激光進(jìn)行空間整形，通過(guò)加載不同的全息圖，及對(duì)激光器和位移臺(tái)的協(xié)同控制，成功地打印出一系列具有不同形貌結(jié)構(gòu)的膠囊形孔徑?；谀z囊形孔徑與加工參數(shù)、全息圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用伯奇編碼實(shí)現(xiàn)了膠囊形孔徑的選取和排布。最終，利用空間整形飛秒激光打印平臺(tái)快速打印出了可偏振復(fù)用的太赫茲全息超表面。通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)表征，打印的超表面在不同線偏振太赫茲波入射時(shí)可以重建出不同再現(xiàn)像的功能，這可以用于信息的存儲(chǔ)與加密。該工作驗(yàn)證了飛秒激光打印太赫茲超表面的可行性，也為緊湊型太赫茲功能器件的工業(yè)化制備提供了新途徑。

此項(xiàng)工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。

圖2 （a）制備的太赫茲超表面的光學(xué)顯微圖像，（b）四種孔徑對(duì)不同極化太赫茲波的振幅透過(guò)率，（c）太赫茲超表面全息圖像的模擬與實(shí)驗(yàn)重建。