Освоение диапазона терагерцовых (ТГц) частот электромагнитного спектра (0,1–10 ТГц) делает
актуальными задачи разработки и изготовления эффективных оптических элементов для управления
характеристиками пучков ТГц-излучения. С инструментальной точки зрения данный спектральный
диапазон, соответствующий интервалу длин волн 30÷3000 мкм, удобно позиционирован между
примыкающими к нему СВЧ и ИК областями, поскольку позволяет сочетать в терагерцовой
аппаратуре инструментальные решения как оптической, так и микроволновой техники. Примером
таких решений служат тонкие планарные метало-диэлектрические структуры субволновой
топологии, известные в технологии метаматериалов как «метаповерхности» (МП). МП являются, как
правило, резонансными электродинамическими структурами, которые эксплуатируются в режиме,
когда их характерные резонансные частоты лежат значительно ниже точки возбуждения высших
дифракционных гармоник, что отличает такие структуры от дифракционных решеток. Последнее
достигается малостью периода расположения элементарных ячеек МП в ее латеральной плоскости в
сравнении с рабочей длиной волны. Существенно, что амплитудные, фазовые и поляризационные
характеристики МП в заданной полосе частот определяются дизайном ее ячеек, соответствующий
выбор которого обеспечивает требуемые функциональные свойства МП-устройств. Последние
выгодно сочетают малость толщины/веса и высокую эффективность, которая зачастую не может
быть достигнута в рамках решений классической оптики. При этом в ТГц-диапазоне характерный
размер элементов топологического рисунка МП в большинстве случаев составляет от нескольких
единиц до сотен мкм, что позволяет применять для его производства сравнительно недорогие и
хорошо отработанные литографические технологии.
В настоящем докладе представлен обзор экспериментальных результатов по разработке
оптических элементов и устройств на основе метаповерхностей традиционных и новых
конфигураций, которые предназначены как для автономного применения, так и для интеграции с
различными метрологическими системами, работающими в области частот от сотни ГГц до
нескольких ТГц. Составляя неотъемлемую часть российской элементной базы радиофотоники,
разработанные элементы в ряде случаев опережают по функциональным характеристикам
отечественные и зарубежные аналоги. Обсуждаются вопросы электродинамического моделирования,
технологического производства, спектральной характеризации, а также практического использования
следующих типов терагерцовых МП-устройств и систем на их основе:
1) частотные фильтры различных видов: band-pass, low-pass, high-pass; дихроичные
мультиплексоры пучков излучения; спектрорадиометрические системы на базе полосовых фильтров;
2) поляризаторы; преобразователи фазы и поляризации;
3) плоские фокусирующие элементы, включая голографические структуры;
4) ультратонкие резонансные поглотители и тепловые детекторы на их основе, включая
многоканальные пироэлектрические линейки для спектральных и поляризационных измерений с
пространственным разрешением;
5) перестраиваемые ЖК-устройства на основе высокоимпедансных поверхностей;
6) сенсоры тонкопленочных аналитов, включая SEIRA-структуры.