面向宽带太赫兹应用的紧凑型三功能超表面设计方法与仿真研究

《IEEE Journal of Photovoltaics》：Design Methodology and Simulation Studies of a Compact Trifunctional Metasurface for Wideband Terahertz Applications

　　**摘要：**本文提出了一种用于实现小型三功能二氧化钒（VO?）基超表面的系统化两阶段设计方法。所提出的基于二氧化钒的紧凑型三功能太赫兹（THz）超表面可用于电磁波的动态操控。该超表面利用VO?的热致绝缘体-金属相变，在单个紧凑单元（30×30×170.6 μm3）内实现三种不同的功能。在金属态（σ=2×10? S/m，温度高于68°C）下，偏振不敏感的宽带吸收使得3 dB吸收带宽达到4.61 THz，在3.06–7.67 THz范围内吸收系数超过90%。VO?在2.63–7.25 THz范围内作为线偏振到交叉偏振转换器工作，偏振转换比（PCR）大于0.9；在1.73–2.36 THz、7.60–7.61 THz、8.06–8.27 THz和8.77–8.80 THz范围内作为线偏振到圆偏振转换器（LP-CPC）工作，轴比（AR）低于3 dB。所获得的PCR带宽为4.62 THz，总AR带宽为0.63 THz。在操作频段内，通过超表面与自由空间之间的阻抗匹配解释了吸收机制，并经归一化阻抗分析验证。金椭圆环形谐振器（ESRR）和矩形贴片的不各向同性共振导致了偏振转换。与之前报道的基于VO?的多功能超表面相比，所提出的结构单元面积更小，且具有更优的吸收和偏振转换带宽。由于其紧凑性、温度驱动可调性和多功能性，该设计是高级太赫兹传感、成像、偏振操控和下一代无线通信系统的有前途的候选方案。