太赫兹波覆盖0.1–10 THz频段，兼具光子学与电子学特性，在高速无线通信、无损检测、医学诊断和精密成像等领域具有应用潜力。传统太赫兹器件通常体积较大、效率偏低、工作带宽受限。最近，全介质超构表面展现出了在亚波长尺度下调控太赫兹波振幅、偏振、波前等性质的能力，但其性能依赖精细结构制造能力；尤其是高深宽比深硅刻蚀容易产生侧壁倾斜、尺寸偏差和刻蚀深度误差，进而影响器件的相位响应与工作效率。

针对上述问题，复旦大学未来信息创新学院孙树林教授团队与浦项科技大学Junsuk Rho教授团队合作，系统分析了结构缺陷及制备误差对器件性能的影响，优化了博世（Bosch）刻蚀工艺中的刻蚀与钝化循环参数，并建立了误差补偿方法，发展出具有高深宽比、优良垂直度和高加工良率的全硅基超构表面器件加工技术，成功制备了多款高深宽比硅基超构表面器件，实现了宽频带、高效率、可任意设计的太赫兹波偏振与波前调控，为太赫兹通信、安检成像、生物传感等应用提供了核心器件加工方案。该成果以“High aspect-ratio meta-device for broadband and high-efficiency terahertz wave manipulation”为题，于2026年9月23日在线发表于《Light: Advanced Manufacturing》（LAM）。

本研究首先提出了高性能太赫兹全介质超构表面器件的设计制造方法。研究团队系统剖析了Bosch工艺中刻蚀深度偏差与横向形貌畸变对器件性能的影响规律，并建立了误差补偿机制。通过精细调控刻蚀–钝化循环参数，团队成功制备出侧壁垂直、尺寸精确的高深宽比硅基超构单元，且制备重复性优异。针对光刻胶烘烤引发的图案收缩问题，团队在版图设计阶段预先进行横向尺寸补偿，显著提升了器件制备良率与工艺稳定性。针对硅材料反射率高的问题，团队在结构底部引入抗反射硅基微纳结构，通过优化厚度与宽度等参数，有效降低了整体反射损耗。该协同设计在保证大相位调控范围的同时，显著提升了器件透射效率并拓宽了工作带宽。

图1. 宽带超构半波片（HWP）和四分之一波片（QWP）的仿真与测试结果。

基于上述工艺，研究团队研制了宽带超构半波片和四分之一波片。半波片在0.6–0.8 THz范围内稳定工作，相对带宽为28.57%，并在0.73 THz处取得0.915的峰值偏振转换效率。四分之一波片工作频率覆盖0.5–0.8 THz，相对带宽为46.15%，在0.66 THz处的峰值偏振转换效率接近0.99，可实现线偏振与圆偏振之间的高效转换。实验测量与全波仿真均验证了目标频段内的高效偏振转换。研究团队指出，与既有报道相比，这些超构波片在深宽比、绝对偏振转换比和工作带宽方面呈现出更优的综合表现。

研究团队还系统分析了减反层的设计原理。通过在底部硅材料上进一步套刻制备人工微结构减反层，优化其厚度和宽度，降低硅与空气界面的反射损耗。该设计在保持超构器件相位调控能力的同时提升了其透射性能，为高效率、宽频带超构器件的结构设计奠定了基础。

图2. 减反层对超构半波片和四分之一波片性能的影响。

此外，团队基于Pancharatnam–Berry几何相位原理,设计并制备了口径为10×10 mm²、数值孔径为0.8的超构表面透镜。该透镜在0.6–0.8 THz范围内的平均聚焦效率（目标焦斑交叉偏振分量功率与透射太赫兹波功率之比）达到85.56%，验证了其用于宽带太赫兹聚焦成像方面的应用潜力。实验测试、全波仿真与理论设计高度吻合，验证了所研制的硅基超构表面器件在太赫兹波前调控方面的优异性能。

图3. 大尺寸宽带几何超构透镜及其聚焦性能。

总结来说，该研究建立了一套面向高稳定、高质量、高深宽比硅基太赫兹超构器件的制造方案，提升了太赫兹超构器件的高精度制造工艺，该技术还可以拓展应用在其他太赫兹超构光场调控器件的设计与加工，这些新型功能元件有望在太赫兹通信、太赫兹成像、安检与无损检测、生物医学传感等应用中发挥重要作用。

复旦大学未来信息学院朱芷琰博士生、浦项科技大学李小桐博士生为论文第一作者，复旦大学未来信息创新学院孙树林教授、浦项科技大学Junsuk Rho教授为论文通讯作者。研究获得国家重点研发计划、国家自然科学基金支持。

原文链接：https://www.light-am.com/en/article/doi/10.37188/lam.2026.070