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    导语

    近日，国际顶级期刊《Nature Communications》（https://doi.org/10.1038/s41467-025-63127-5）发表了一项来自中国研究团队的重要成果。天津大学、浙江大学、香港大学、美国纽约城市大学、俄克拉荷马州立大学等多家机构的联合团队，成功开发出一种基于非线性Pancharatnam-Berry（PB）相位超表面的光子太赫兹相控阵（PTPA），实现了对太赫兹波前的高精度、宽带、可编程控制。该技术为太赫兹通信、成像、雷达等领域提供了全新的解决方案。

    核心技术

    传统太赫兹相控阵（TPA）面临高频损耗大、相位控制难、带宽受限等问题。本研究创新性地利用非线性Pancharatnam-Berry（PB）相位原理，结合数字微镜设备（DMD）对飞秒激光进行空间编码，选择性激发具有不同取向的金裂环谐振器（SRR），从而在太赫兹波生成的同时完成相位调控。

    研究团队实现了四大功能演示：
    1. 单波束成形：通过相位梯度设计实现波束偏转；
    2. 双波束成形：同时控制两个独立波束的方向；
    3. slit成像：通过波束扫描实现对物体位置的探测；
    4. 涡旋波束生成：生成携带轨道角动量的太赫兹涡旋波。

    该系统的相位控制精度达2比特（4相位级），带宽达0.6THz，且无需外部相位调制器或延迟线，极大简化了系统结构与控制流程。

    研究意义

    太赫兹波因其高带宽、强穿透性和定向性好等优势，被视为6G通信、高分辨率成像、安全检测等领域的核心频段。然而，传统太赫兹相控阵技术受限于高频损耗、系统复杂度和成本等问题，难以实现大规模应用。

    本研究提出的“生成调控一体化”光子平台，不仅大幅简化系统结构，还实现了实时、可编程、宽带的太赫兹波前控制，为太赫兹技术走向实用化提供了关键技术支撑。未来，该平台可进一步与高速DMD、高重复频率激光器等结合，推动太赫兹通信、成像、传感等应用的快速发展。

    结语

    这项研究标志着太赫兹波束控制技术迈向了一个新阶段，为下一代太赫兹系统的小型化、智能化和多功能化奠定了坚实基础。未来，随着非线性材料、DMD技术和光电集成平台的进一步优化，这类“生成调控一体化”的光子相控阵有望成为太赫兹领域的核心器件之一。

图1:不同太赫兹相控阵（TPAs）的对比与本研究提出的光子太赫兹相控阵（PTPA）概念示意图

图2:光子太赫兹相控阵（PTPA）单元的设计

图3:可编程太赫兹（THz）单波束成形

图4:可编程太赫兹（THz）双波束成形

图5:用于狭缝成像的单波束导向

图6:可编程太赫兹（THz）涡旋光束生成