在日常生活中，偏振光无处不在——从3D电影眼镜、偏振相机，到防伪标识与生物结构色现象，都离不开对光偏振态的精确调控。在更前沿的6G太赫兹通信、手性分子检测和量子信息技术中，如何在紧凑结构中实现多种偏振态的高效调控，更是关键科学问题。
近日，东南大学电子科学与工程学院王琦龙教授、柏宁丰教授团队在Photonics Research（中科院一区top）发表题为“Multi-polarization control via symmetry breaking in BIC-based THz metamaterial”的研究论文，提出了一种基于连续域束缚态（Bound States in the Continuum, BIC）的全新对称性调控策略，在单层全介质太赫兹超材料平台上实现了多偏振态的高性能集成控制。
团队设计了一种由H型高阻硅谐振单元构成的周期性太赫兹超材料结构。在保持面内旋转与镜像对称性时，结构支持导模共振（GMR）以及对称保护型BIC，其中TE模式在Γ点形成理想BIC状态，理论上Q因子趋于无穷。通过微小几何参数调节打破面内旋转对称性，原本完全束缚的BIC塌缩为准BIC（quasi-BIC），释放出窄线宽高Q共振模式。值得注意的是，TE通道出现高Q共振，而TM通道几乎保持不变，从而实现正交线偏振的独立操控。进一步打破面内镜像对称性后，动量空间中的极化拓扑奇点发生分裂并形成手性C点，产生本征手性准BIC模式。该模式对左右圆偏振光耦合效率不同，从而形成显著圆二色性（CD）响应。
在理论设计与数值仿真的指导下，器件采用高阻硅材料作为谐振单元，通过硅-玻璃阳极键合工艺实现稳定衬底集成，并结合深反应离子刻蚀（DRIE）技术对微纳结构进行高精度垂直刻蚀加工，确保结构尺寸与设计参数高度一致，从而最大限度保留理论预测的共振特性。制备完成后，团队利用太赫兹时域偏振光谱系统（THz-TDPS），对样品的线偏振与圆偏振响应进行系统测试与表征。实验结果显示，器件在共振频率位置以及CD调控特性等方面均与数值仿真结果高度吻合。
本研究首次在单层全介质太赫兹超材料平台上实现正交线偏振独立调控与高Q圆偏振选择性控制的集成化设计，深化了对BIC物理机制与拓扑偏振奇点调控的理解，为太赫兹偏振成像、手性生物分子检测、安全通信及6G太赫兹通信系统等方向提供了新的技术路径。
以上工作第一作者为东南大学电子科学与工程学院2024级博士研究生周磊, 通讯作者为东南大学柏宁丰教授。此外，南京理工大学洪玮副教授，以及东南大学郭迪博士研究生、张全盛博士研究生、吕昌贵教授、陈昭福副教授和王琦龙教授也做出了重要贡献。该工作得到了国家自然科学基金的支持。
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