电磁电路协同设计方法可实现动态可编程的全息太赫兹超表面

借助集成的CMOS技术和电磁设计，普林斯顿大学的研究人员展示了一种关键设备，该设备有可能启用太赫兹频率的高速无线链路。

由亚波长散射体阵列组成的超颖表面可用于精确控制入射电磁场，但一旦制成，通常是静态的。通过使用集成电路，可以以极高的速度主动地重新配置这些元元素。这使得能够动态控制入射的电磁能。演示的超颖表面的工作频率为太赫兹频率-微波和红外光之间的频率范围。随着5G和物联网系统的出现，对高速数据带宽的需求日益增长。太赫兹频段很容易为高速数据链路铺平了道路，此类设备有可能实现许多此类应用。动态可编程的超表面可以调制入射光束和/或将能量重定向到特定方向(光束转向)。

在12月14日发表于《自然电子》上的一项研究中，普林斯顿大学的研究人员描述了基于CMOS的动态可编程太赫兹超表面的设计和特性。演示的太赫兹超表面的设计方法依赖于将表面的电磁设计与电路元件相结合，从而为动态编程和设计入射波前提供了独特的处理方法。由于太赫兹频率涉及的波长尺度和尺寸，单位单元的阵列和集成控制电路可以无缝地共同设计并集成在硅晶片上。

研究人员使用了行业标准的CMOS工艺来制造这些超颖表面。每个集成芯片由12 x 12的元元素或单位单元阵列组成，它们可以通过片上后端电路单独控制。这样的集成芯片起着乐高积木的作用，可以拼在一起形成更大的超表面孔径。在这项研究中，研究人员平铺了2×2集成芯片，以显示总共576个元元素的可伸缩性，这些元元素可单独寻址和控制以控制入射太赫兹光束的幅度和相位。

文章的主要作者，博士后学者Suresh Venkatesh博士说：“此原型演示了基于CMOS的平铺和可扩展方法，这种设计方法在电磁场的设计和控制方面开辟了新的体系结构范式。”普林斯顿大学电气工程系。