电磁波谱的太赫兹频率区域对于理解整个宇宙历史中星系和恒星的形成和演化以及行星形成的过程至关重要。探测分子和原子的独特光谱特征需要太赫兹光谱仪，由于地球大气中的水蒸气吸收，必须在太空天文台中操作。然而，目前的太赫兹光谱仪面临着分辨率低、带宽有限、体积大和复杂性等挑战。
近日，荷兰代尔夫特理工大学Wenye Ji团队提出一种使用超表面的厘米尺寸、低重量太赫兹光谱仪的概念，解决了尺寸和重量的问题。首先讨论了1.85~2.4太赫兹超表面谱仪的设计，然后讨论了超表面谱仪的制作。接下来，一组工作频率在2.1太赫兹左右的量子级联激光器被用来表征光谱仪。最后，应用光谱反演方法对实测数据进行分析，确认分辨率R（λ/Δλ）至少为273。这个概念可以扩展到其他应用领域，例如行星观测和远红外（FIR）和近红外（NIR）范围内的各种波长。研究成果以题为“Compact Metasurface Terahertz Spectrometer”发表于《Laser & Photonics Reviews》上。
图1：紧凑的超表面太赫兹光谱仪示意图。
图2：超表面光谱仪的概念、设计和仿真。
图3：超表面结构及实验装置。
图4：2.15THz超表面谱仪结构的测量结果。
图5：超表面谱仪结构在2.180和2.188 THz的测量结果。
W. Ji, J. Chang, B. Mirzaei, M. Ridder, W. Jellema, T.-Y. Kao, A. Lee, J. R. Gao, H. P. Urbach, A. J. L. Adam, Compact Metasurface Terahertz Spectrometer. Laser Photonics Rev 2024, 2401290.
https://doi.org/10.1002/lpor.202401290
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