直播開講 精彩不停

陳辰，清華大學(xué)精密儀器系在讀博士生，導(dǎo)師為楊原牧副教授，主要研究領(lǐng)域為液晶超表面與太赫茲波束調(diào)控，已合作發(fā)表論文三篇。楊原牧課題組專注于超光學(xué)領(lǐng)域的研究，通過在亞波長尺度上設(shè)計光與物質(zhì)的相互作用，開發(fā)新一代的微型化和多功能光學(xué)系統(tǒng)，主要研究方向包括超表面多維光場感測和亞波長厚度的非線性光源，更多研究內(nèi)容和成果參考課題組網(wǎng)站thumetaoptics.com。

太赫茲頻段是電學(xué)和光學(xué)之間的橋梁，有望在變革性無線通信和成像系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用、實現(xiàn)前所未有的功能。本次追光智匯直播間由清華大學(xué)陳辰博士主講，為同學(xué)們帶來了有關(guān)如何開發(fā)高性能的太赫茲波束形成器件，實現(xiàn)對太赫茲波束靈活動態(tài)地調(diào)控的全新視角。

報告介紹了太赫茲波的獨特性質(zhì)和應(yīng)用現(xiàn)狀、面臨挑戰(zhàn)，以及太赫茲對波束成形器件的需求，回顧了波束成形器件的技術(shù)路線，并總結(jié)了團隊在設(shè)計可重構(gòu)的液晶太赫茲超表面方面的研究工作和重要成果。

彈幕答疑 實時互動

Q：智能超表面技術(shù)主要分為動態(tài)波束和高增益天線，那么瞬時數(shù)據(jù)提升吞吐量的問題應(yīng)該如何解決？利用液晶超表面實現(xiàn)太赫茲波束成形技術(shù)的工作展示出隨著頻率增加其他各項參數(shù)將受到顯著影響，那么如何平衡各參數(shù)之間的關(guān)系呢？

A：目前數(shù)據(jù)吞吐量主要是通過信道的載波頻率進行提升的，例如根據(jù)信道容量公式，相比現(xiàn)有的無線通信系統(tǒng)，使用太赫茲波作為載波進行通訊可以提升數(shù)據(jù)吞吐量，可以有更高的冗余應(yīng)對瞬時吞吐量提升。還有另一個方面，如果使用我們設(shè)計的RIS進行無線通信，同時產(chǎn)生多個獨立波束服務(wù)多個用戶，也可以提升整個通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量。隨著工作頻率的增加，設(shè)計中的幾何參數(shù)、電壓排布等都會發(fā)生變化。在波束成形器件中，人們比較關(guān)注的指標(biāo)是增益、偏轉(zhuǎn)效率、主旁瓣比、視場等等，想要同時提升這些指標(biāo)需要精細(xì)的控制大量單元的電壓排布，這個對控制部分的要求較高，具體實現(xiàn)的指標(biāo)要根據(jù)應(yīng)用需求進行平衡。

Q：團隊結(jié)果展示中，您可以在保證高增益小旁瓣時將視場角擴大兩倍到三倍，傳輸信號的穩(wěn)定性怎么保證目前液晶超表面實現(xiàn)的太赫茲波束成形有哪些應(yīng)用?

A：傳輸信號的穩(wěn)定性主要由器件加載電壓的穩(wěn)定性和器件工作的魯棒性決定，如果兩點都滿足，那么RIS的增益圖是穩(wěn)定的。還有考慮到信道隨時間會有變化，所以可能需要隨時間實時補償信道的變化，才能保持傳輸信號的穩(wěn)定。液晶超表面主要的應(yīng)用是面向太赫茲通信，也就是報告中提到的服務(wù)動態(tài)的多個用戶。液晶超表面也可以應(yīng)用于太赫茲掃描成像，但是對波束角度的分辨力有較高要求，現(xiàn)有器件的分辨力還不能體現(xiàn)太赫茲成像的高分辨率，需要進一步的提升。此外，液晶超表面還可以應(yīng)用于通信中的信號加載，但是對器件調(diào)制速度有較高要求，液晶相比于其他技術(shù)路線有劣勢。

Q：太赫茲頻段與其他頻段的應(yīng)用優(yōu)勢集中在哪些方面？液晶分子的取向會受超表面結(jié)構(gòu)影響嗎？

A：太赫茲頻段主要相比微波波段有更大的帶寬和更小的波長，所以可以實現(xiàn)更高速的通信和更高分辨率的成像。此外，太赫茲頻段物質(zhì)的特征光譜也對物質(zhì)識別有幫助。液晶分子的尺寸在納米量級，而太赫茲超表面的結(jié)構(gòu)尺寸在微米量級。在超表面的結(jié)構(gòu)尺寸和液晶分子尺寸量級相當(dāng)?shù)那闆r下超表面會影響液晶的取向，所以在我們這個設(shè)計中超表面結(jié)構(gòu)不會影響液晶分子的取向。

陳辰表示，團隊致力于液晶超表面與太赫茲波束調(diào)控的全領(lǐng)域研究，未來將繼續(xù)探索超光學(xué)領(lǐng)域，通過在亞波長尺度上設(shè)計光與物質(zhì)的相互作用，開發(fā)新一代的微型化和多功能光學(xué)系統(tǒng)，主要研究方向包括超表面多維光場感測和亞波長厚度的非線性光源，團隊將繼續(xù)深入探究基于液晶超表面的太赫茲波束調(diào)控動態(tài)特性，在已有的基礎(chǔ)上尋求更多科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

智慧凝集 攜手同行

晶萃光學(xué)JCOPTIX自2023年底啟動了“追光計劃”系列活動，旨在打造一個促進學(xué)術(shù)與技術(shù)交流、推動學(xué)科建設(shè)、培養(yǎng)光電領(lǐng)域人才的優(yōu)質(zhì)平臺，致力于構(gòu)建無界限、多元化的互動生態(tài)，渴望讓參與者們在“追光智匯”找到專屬自己的光芒。該計劃還包含了追光者講壇、論文激勵方案等一系列活動，鼓勵光電行業(yè)從業(yè)的伙伴在光電領(lǐng)域不懈探索與創(chuàng)新。

晶萃光學(xué)JCOPTIX誠摯地向所有新老朋友發(fā)出邀請，無論您是光電領(lǐng)域的資深專家，還是懷揣夢想、初出茅廬的青年學(xué)者，我們都渴望聽到您最新的研究成果分享，也期待與每一位熱愛光電行業(yè)的伙伴不期而遇，探討科研道路上的心得體會。追光智匯欄目將持續(xù)凝集智慧與靈感之光，照亮追光路上的每一個夢想。在這個充滿無限可能的舞臺上，讓我們攜手并進，共同感受光電科技的神秘魅力，創(chuàng)造產(chǎn)學(xué)研深度融合的美好未來！