如何利用石墨烯超表面进行太赫兹超快信号处理

我们知道，在时域中直接进行超快信号处理，并且要保障高分辨率和高可重构性，是一项具有挑战性的任务。最近，伊朗德黑兰沙力夫理工大学电子工程系的Zahra Kavehvash小组首次设计出了一种随着时间变化的超表面（time varying metasurface），可以用于太赫兹域的超快信号处理。该超表面由石墨烯微带阵列（graphene micro-ribbon array）构成，可以充当一种“时间透镜”（time lens）。该设计的基本原理是，假定在太赫兹波段，石墨烯的表面电导率与其费米能级成正比，那么通过改变费米能级，就可以改变入射电磁脉冲的时间相位特性，而费米能级本身又是电压的函数。基于这个事实，研究团队设计出了二次时间相位调制器（quadratic temporal phase modulator），亦即所谓的时间透镜。这种相位调制被应用于处理时域中的冲击脉冲信号。太赫兹时间透镜是超快时域脉冲处理系统中的关键元件。

利用该时间透镜，研究人员开发出了太赫兹波段的时间滤波器（temporal filter），并对其性能进行了模拟仿真。研究人员指出，这种时间滤波器在太赫兹通信和太赫兹光谱学中都将具有广泛的应用范围。