太赫兹片上可编码超构调控芯片进展

　　在国家自然科学基金项目（批准号：61931006、61921002、U20A20212）等资助下，电子科技大学张雅鑫教授团队与中国电子科技集团公司第十三研究所专用集成电路国家级重点实验室冯志红研究员团队合作在太赫兹片上可编码超构调控芯片研究方面取得进展。最新研究成果以“基于多通道微扰场的可编码数字化太赫兹高精度相位调控芯片（High-precision digital terahertz phase manipulation within a multichannel field perturbation coding chip）”为题，于2021年10月8日在《自然光子学》（Nature Photonics）上正式发表。

　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s41566-021-00851-6）。

　　同时该论文还被选为《自然光子学》（Nature Photonics）十月期主页推荐论文（OCT21 hero image），并在当期Views&Comments专栏以“基于多通道场微扰编码芯片的高精度太赫兹相位调控(Phase control of terahertz waves moves on chip)”为题进行专项报道与评述（图1）。

　　太赫兹波幅度、相位调控技术是大容量无线通信和高分辨成像等应用系统的核心关键技术，与太赫兹波的产生、检测一同被国际太赫兹领域公认为三大难题。近年来太赫兹波幅度调制得到了不同程度的解决，然而太赫兹波相位调控，特别是高精度的相位调控却迟迟未能突破。由于太赫兹波特殊的频谱位置（位于红外和微波之间）使得传统的光子学与电子学相位调控结构与器件都存在插损大、高精度控制难等难题。

　　围绕这一难题，该工作提出了利用片上多路数字编码来控制片上二维电子人工微结构单元中微扰谐振的变化，从而实现对片上传输太赫兹波高精度相位调控的新方法。基于此方法，构建了一种将人工微结构单元、片上太赫兹传输电路与多路数字编码电路相结合的新型太赫兹超构芯片结构---多通道场微扰编码芯片(MFPCC)。该方法使用多路数字电压编码调谐微结构单元中二维电子气的电子输运特性，控制片上微结构单元结构内以及单元间的微扰谐振模式的变化与耦合。研究发现，不同的数字编码对应着不同微扰谐振模式耦合，导致片上传输太赫兹导波的相位受到不同程度的非线性扰动，从而实现太赫兹波的可编码式相位调控，有效提高相位调控精度。在0.26-0.27 THz的频率范围内相位调控精度最高可达2度，相位误差仅为0.35度，插入损耗低至6.14 dB，振幅波动低至0.5 dB（图2）。

　　该研究工作不仅为高精度太赫兹波相位调控器件发展提供了解决思路，同时也为集成化、芯片化的太赫兹调控器件以及高性能的太赫兹射频芯片提供了新技术方案。

　　图1 Nature Photonics十月期主页推荐论文

　　图2多通道片上可编码太赫兹超构调控芯片结构及测试结果（a）三维结构示意图；（b）微结构中扰动谐振模式场分布随二维电子气电子输运特性变化规律；