Высокоэффективный графеновый преобразователь поляризации терагерцового излучения с интегрированным биологическим сенсированием и перестраиваемыми характеристиками

Несмотря на последние достижения в разработке терагерцовых метаповерхностей, большинство преобразователей поляризации по-прежнему ограничены по полосе пропускания, перестраиваемости и многофункциональности. В настоящем исследовании представлена отражательная метаповерхность с интегрированным графеном, устраняющая указанные ограничения за счёт сверхэффективного широкополосного преобразования линейной поляризации в кросс-поляризацию в сочетании с высокоэффективным сенсорным функционалом. Предлагаемая конструкция обеспечивает коэффициент преобразования поляризации (PCR) выше 90% в диапазоне от 10.408 до 21.524 ТГц, формируя исключительно широкую полосу пропускания 11.116 ТГц при среднем коэффициенте преобразования поляризации 98.13%. В поддиапазоне 10.716–21.314 ТГц PCR сохраняется выше 96%, а его среднее значение повышается до 98.37%. Кроме того, конструкция демонстрирует PCR выше 98% в диапазоне 6.244 ТГц, охватывающем сегментированные частотные окна, со средним пиковым значением 99.13%, а на отдельных резонансах достигает максимальных значений свыше 99.99%. При косом возбуждении конструкция сохраняет высокие рабочие характеристики: средние значения преобразования поляризации составляют 95.34% и 96.13% при угле падения 30° в соответствующих широкополосном и высокоэффективном окнах. Перестройка характеристик достигается посредством динамического управления уровнем Ферми графена, что обеспечивает спектральную реконфигурацию в реальном времени. Устройство демонстрирует высокую чувствительность к незначительным изменениям химических и биологических образцов. Оно успешно выявляет ключевые признаки таких заболеваний и состояний, как малярия, рак молочной железы, рак шейки матки и нарушения уровня глюкозы, обеспечивая максимальную чувствительность 3.40 ТГц/единицу показателя преломления (RIU). Сочетание широкополосного преобразования поляризации, динамической перестраиваемости и высоких сенсорных характеристик делает предлагаемую конструкцию перспективным кандидатом для интегрированных терагерцовых систем.