a, 不同输出角度下的接收时域信号。 b, LCE元表面的红外调节图。 c, 灵活的LCE元表面和C型分割环的显微图像。d, 在0、200、300和400 mW的红外泵下，接收到的时域信号的傅里叶变换。插图表示LCE元表面的偏转。资料来源：庄晓林，张伟，王克猛，顾扬帆，安友文，张学谦，顾建强，罗丹，韩家光和张伟力

传统上，有源元表面的研究主要集中在改变基底的介电常数和磁导率，这经常导致共振效应和欧姆损耗。然而，基于机械变形的可重构元表面可以避免这些问题。但目前，以MEMS和FIB诱导变形工艺为代表的机械可重构元表面很难制造，或者弹性有限。作为一种新型的液晶聚合物材料，液晶弹性体（LCE）可以在温度升高或光照射下实现可控和可恢复的弹性变形，这在化学、材料和仿生学界引起了巨大的兴趣。LCE良好的光/热诱导变形性能表明，它将是在可重构元表面中发挥积极作用的优秀候选者，尽管直到现在它还很少被用来调节元表面的响应。

在发表于《光科学与应用》的一篇新论文中，由中国天津大学太赫兹波研究中心的顾建强教授和中国南方科技大学电子电气工程系的罗丹教授领导的科学家团队，合成了一种由液晶单体（RM006）、液晶交联剂（RM257）和光引发剂（Irgacure 651）组成的LCE。当温度超过相变点时，LCE单层中产生的应变将使整个LCE向分子平行方向弯曲。

研究小组将LCE薄膜作为柔性基底进行探索，设计了一个相位不连续的元表面，以铝制C形分裂环作为谐振器，实现了对宽带太赫兹波前转向的主动操纵。元表面的线性相位梯度是由8个相位间隔为π/4的C型分裂环构建的，这些分裂环在LCE基底上周期性地排列。当入射太赫兹波通过元表面时，正交偏振的输出方向将根据广义的斯奈尔定律发生偏转，从而产生太赫兹波前转向。

在这项工作的开始，利用数值模拟确定了C型分裂环的具体尺度，与理论预测相一致，然后通过光刻、真空蒸发和湿法蚀刻工艺制造了所设计的LCE样品。

在基于异步采样的角度分辨全光纤太赫兹时域光谱系统中，测量了交叉偏振波穿过LCE元表面样品的输出角度。结果证明，LCE元表面作为一个出色的光束转向器，其输出角度在0.48~1.1THz范围内为70°~25°。

为了实现柔性LCE基底的精确偏转，中心波长为1030纳米的飞秒脉冲被圆柱形透镜聚焦在样品的边缘，在LCE基底上形成一条焦点线。光热效应诱导LCE围绕辐照线弯曲，而非辐照部分保持平坦，从而实现了元表面的整体偏转。通过改变泵浦红外光的功率，研究人员可以控制LCE元表面的偏转角度，而且调制速度能够达到秒级。

在四种泵浦功率下，LCE元表面会发生不同程度的偏转。通过提高泵的功率，输出角度逐渐增加，这种角度的增量在低频时更为明显。在最高功率的红外泵下，0.68太赫兹太赫兹波的输出角度达到了22°的最大调谐角度。

"我们进一步研究了所提出的LCE元表面作为太赫兹波束转向器、频率调制器和主动分束器的性能和前景，"研究人员指出。

"我们相信，我们的LCE元表面所展示的潜力为太赫兹波段的光束跟踪、频率过滤和温度感应提供了相当多的选择，这反过来又会推动下一代无线通信、太赫兹成像和太赫兹光谱检测的研发。研究人员预测："这项工作中提出的设计原理可以扩展到其他频段，为有源元表面的研究开辟一条可观的道路。

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