太赫茲波（0.1–10 THz）因其在穿透能力、頻譜資源和空間分辨率方面的獨特優勢，在6G通信、雷達成像、智能感知系統中具有重要應用價值。在實際系統中，這類應用往往同時依賴多種波束調控模式，例如多焦點聚焦、定向傳輸、波束掃描等。因此，如何在單一平臺上實現多功能集成，并支持不同工作模式之間的靈活切換，成為當前太赫茲器件設計中的關鍵問題。超表面為太赫茲波調控提供了高度可設計的平臺，然而，現有多數太赫茲超表面仍屬于靜態器件，其功能在制備完成后即被固定。為實現動態調控，研究人員通常引入有源材料，但這類方案常面臨響應效率有限、結構復雜、制造和系統集成困難等問題。與材料調控路徑不同，機械重構提供了一種通過改變結構配置實現功能切換的替代策略。然而，現有機械重構超表面設計多依賴固定堆疊/級聯配置或復雜的協同優化過程，缺乏制造后的靈活性，同時對大面積、低成本制備并不友好。

近期，南開大學王曉雷教授課題組提出了一種基于自旋解耦機制的模塊化太赫茲超表面設計策略，在無需有源材料的情況下，實現了多種太赫茲波束調控功能的自由切換。該方案的核心思想在于將偏振復用與模塊化結構重構相結合，從系統架構層面提升超表面的功能自由度。基于這一策略，研究團隊僅使用兩個結構相同的超表面模塊，即實驗演示了多種典型太赫茲波束調控功能（如圖1所示）。相關成果以“Modular Spin-Decoupled Metasurfaces for Switchable and Multifunctional Terahertz Wave Modulation"為題，發表在期刊《Laser & Photonics Reviews》上。南開大學現代光學研究所的博士生胡浩為作者，王曉雷教授為通訊作者。

超表面設計、制備與表征：如圖2(a)所示，研究中選取了一種具有多自由度幾何參數的“Z"形手性晶胞。通過調節晶胞的多個幾何參數，可以在較寬范圍內獨立調控左右旋圓偏振光的透射相位與效率。基于全波電磁仿真，對不同參數組合下的相位延遲和透射效率進行了系統掃描，構建了完整的晶胞數據庫。通過合理排布不同手性晶胞，可實現復雜的太赫茲波前調控功能。研究團隊采用摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）3D打印技術（nanoArch® S140，精度10 μm）制造了兩個相同的超表面模塊。所選用的材料為氧化鋁陶瓷，該材料在太赫茲頻段具有較高折射率和良好的介電性能，同時兼容高精度3D打印工藝。圖2(b)展示了制備完成的超表面模塊的顯微結構照片及典型晶胞的尺寸測量結果。隨后，利用連續太赫茲波測量系統[圖2(c)]對器件性能進行了系統表征。實驗測得的聚焦位置、偏轉角度及場分布[圖2(e)]與仿真結果[圖2(d)]高度一致，驗證了設計方法與制造工藝的可靠性。

平面拼接：通過對兩個模塊進行平面拼接，可實現整體相位分布的重新構建，其對應的相位分布如圖3(a)所示。仿真與實驗結果[圖3(b)(c)]均表明，該拼接結構能夠穩定實現預期的雙焦點與無衍射波束生成功能。更進一步，拼接結構允許模塊之間的相對位置進行靈活調節。圖3(d)所示的仿真結果表明，當模塊在面內平移約10 mm 時，光束的聚焦位置可在 z = 30–50 mm 范圍內連續變化。這一特性為變焦成像等應用提供了新的實現方式。

同向級聯：在同向級聯配置中，通過調節兩個模塊之間的面內旋轉角度，可以實現雙焦點在橫向方向上的連續掃描。同時，結合四分之一波片調節入射偏振態，還可實現不同焦點之間的功率分配調控，如圖4和圖5所示。盡管實驗中僅展示了沿x方向的掃描，但通過組合不同旋轉角度，理論上可在半徑約20 mm的圓形區域內合成任意連續掃描軌跡。

反向級聯：在反向級聯配置中，系統能夠在近場聚焦與遠場定向傳輸模式之間實現切換。如圖6所示，在近場模式下，聚焦點可在 ?20 至 19 mm 范圍內連續掃描（焦距f ≈ 23 mm）；而在遠場模式下，出射波束可在約?40° 至 42° 的視場角范圍內實現定向傳輸。

總結：該工作提出了一種基于自旋解耦與模塊化重構的超表面設計策略，不僅支持正交圓偏振通道的獨立控制，還能夠在多種功能模式之間實現無縫切換，而無需重新設計晶胞或引入額外調控單元。與傳統動態太赫茲器件相比，該方案在制造兼容性、系統穩定性、成本控制和功能擴展性方面具有明顯優勢，為構建高集成度、多功能的太赫茲光子系統提供了有力支撐。