圆极化解耦手性辅助超表面

设计了一种圆极化手性辅助微波段超表面,根据手性结构的自旋相关响应特点,通过调节单元中圆弧的张角可以独立改变左旋/右旋圆极化波的反射相位,同时反射的同极化波束幅度能维持较高水平.为了证明所提出单元的有效性,分别设计了左右旋波束独立偏转和携带不同拓扑电荷数的涡旋波束2个超表面.仿真结果表明,所提出的单元能够有效对2个正交圆...     

可调控太赫兹吸收器调制方法

设计了一种窗棂夕阳图案太赫兹超材料吸收器。利用这种图形,从超材料太赫兹吸收器结构出发,分别通过改变顶层图案几何尺寸、中间层电介质厚度、顶层图案开口处的硅电导变化率等,设计可调控太赫兹波双频、三频、四频吸收器。重点分析了顶层图案开口处的硅电导率变化的可调控太赫兹波双频吸收器机理,其低频吸收峰吸收率由68. 7%增至99. 9%,同时低频吸收峰频率1. 043 THz红移至1. 005 THz,产生38 GHz偏移,可以实现连续频率调谐。并提出进一步深入研究本课题的建议。     

太赫兹超材料极化转换器设计及其特性分析

提出了一种反射型太赫兹超材料极化转换器.该极化转换器结构单元由典型的三层结构组成,上、下两层为金属层,中间为介质层,顶层金属层由一个开口谐振环和一个镂空圆盘组成.研究结果表明:该极化转换器能够将x极化波转换为y极化波,在0.584 0～1.352 0 THz频带上极化转换率大于80％,在0.642 4、0.936 4和1.301 8 THz处极化转换率接近100％.该极化转换器结构简单、便于加工,且能实现宽频带极化转换,在太赫兹波通信、成像等方面有广阔的应用前景.     

基于石墨烯的太赫兹透明吸波器设计

透明太赫兹吸波器既可在太赫兹波段实现吸波功能,又对可见光透明,隐蔽性高,因此其在电磁隐形等领域具有广泛应用。文中设计了一种基于石墨烯的太赫兹双频吸波器,它由方形加枝节的石墨烯上层宽带吸波结构和石墨烯-ITO 嵌套形下层窄带吸收结构构成,实现了独立可调的双频吸波功能。经仿真调试,该吸波器能够通过改变石墨烯费米能,分别在1.98~3.64 THz 范围内调节实现90%以上宽频带吸收率和在4.6~4.9 THz 范围内调节实现96%以上吸收率。经验证,该吸波器具有极化不敏感、宽入射范围等优点。     

可重构太赫兹石墨烯极化转换超表面

提出了一款基于石墨烯的太赫兹超表面单元,该单元能够对圆极化入射波起到极化转换的作用.通过调节石墨烯的化学势能,超表面单元的反射特性会发生改变.在此基础上,根据几何相位以及异常反射原理,利用超表面单元的相位调制特性,构建了3组不同相位梯度的超表面,并对不同化学势能条件下的近场特性进行了电磁仿真研究.更进一步,又利用超表面...     

静电喷印技术在太赫兹超表面制备中的应用

近年来,太赫兹技术快速发展,基于超表面的太赫兹器件受到广泛关注,并已应用于太赫兹成像、光谱和生物传感等诸多领域。但太赫兹超表面器件的制备复杂且成本高,而静电喷印技术无需掩模版,成本低、精度高且易于在异形曲面上制作。基于静电喷印技术设计和制备了太赫兹吸波器,并利用太赫兹时域光谱系统（THz-TDS）对样品进行了性能测试,实验与仿真结果基本相符,在0.098~0.353 THz频段内吸收大于90%。此外,还设计了太赫兹线极化转换器,在0.167~0.355 THz频段内的极化转换大于95%,相对带宽约72%,并分析了所设计样品的制备工艺条件,验证了静电喷印技术对于制备太赫兹极化转换器的可行性。研究成果表明,静电喷印技术在太赫兹超表面器件的制备中具有广泛的应用前景。     

基于几何相位的高透射型太赫兹超表面设计

文中提出一种基于几何相位的透射型超表面,通过对超表面单元结构的设计和排布实现了对入射圆极化波的波前任意操控和太赫兹涡旋波的产生。该超表面单元由典型的“三明治”型结构,即金属-介质-金属结构组成,顶层和底层金属图案均是由“C”型和矩形组成。利用几何相位原理,在工作频点下通过旋转金属结构对其相位进行调控,同时交叉极化透射幅度较高（>0.9）。通过对单元结构进行旋转编码,可以形成用于产生异常偏折现象、不同拓扑荷数涡旋光束的编码超表面。仿真结果表明,在0.63 THz处,设计的编码超表面能够对电磁波进行良好的调控,产生折射角为±50.1°和30°的异常折射现象,拓扑荷数l=±1两种模态的涡旋波束,在激光雷达和太赫兹大容量通信等领域具有潜在的应用价值。     

基于超材料的太赫兹1/4波片设计及特性分析

提出了一种基于超材料的透射式太赫兹1/4波片,将传统的开环谐振型结构改进为“叉指”型结构,实现了线极化波向圆极化波的有效转换。测试表明,在0.818~0.973THz内,透射波的轴比小于3dB,椭圆度χ＞0.81,器件将线极化波转换为圆极化波的效率为50%~75%。与现有的太赫兹1/4波片相比,该器件极化转换效率高、结构简单,仅由一层介质层和两层金属层组成。所提出的太赫兹1/4波片在太赫兹无线通信、太赫兹成像等领域具有重要的应用前景。     

一款高效率频率选择表面圆-线极化转换器

为了实现圆极化波到线极化波的高效率转换,提出了一种由两种圆极化波调制模块构成的复合结构单元频率选择表面圆-线极化转换器。采用天线-馈线-天线结构设计了左-左旋和左-右旋两种圆极化调制模,并将二者组合形成具有左旋圆极化波接收、左旋和右旋圆极化波同幅同相辐射功能的圆-线极化转换器。仿真与测试结果表明,该极化转换器能够将入射左旋极化波转换成线极化波,3 dB传输系数相对带宽大于19.8%,工作带宽内的圆-线极化转换率大于0.99。该极化转换器具有插入损耗低、设计原理易于推广等优势。     

基于石墨烯超材料的三频段可调谐完美吸收器

为进一步降低太赫兹频率下高性能调控器件的结构复杂度,提出一种三频段可调谐超材料完美吸收器. 该吸收器由图案化的石墨烯层和经Si介质层隔开的Au接地平面组成,利用太赫兹下的石墨烯表面等离子体共振以及图案化石墨烯与电场耦合提供的电偶极子共振形成多个吸收峰. 数值仿真结果表明,在0.489 THz、1.492 THz和2.437 THz处实现了对入射波的共振吸收,各峰值处的幅值均大于99.9%. 由于吸收峰处的幅值可以通过外部施加的偏置电压改变石墨烯的费米能级进行控制,因而所提出的吸收器结构的工作状态可在反射器和吸收器之间灵活切换. 同时,通过对吸收器单元结构的对称设计实现了对极化角度的不敏感特性,且在宽入射角范围内仍能保持良好的吸收性能. 因此,所设计的基于石墨烯的太赫兹超材料功能器件在调制和传感方面具有巨大的潜力.     

宽入射角高效宽带超表面太赫兹线极化转换器

为解决当前太赫兹频段下的极化转换器件带宽窄和带内转换率低的问题,设计了一款基于超表面的高效率太赫兹线极化转换器。通过在两端增加一对谐振枝节的方法,将原本的单谐振频点变为2个,增加了极化转换器的工作带宽。另一方面,利用超表面在电磁谐振时的高阻抗表面特性,获得了极低的同极化反射系数,提高了带内的总体转换效率。仿真结果显示,该结构能够在0.401~0.555 THz的宽频带范围内实现高效率的线极化转换,相对带宽约为32.5%,带内转换率高于95%。在理论分析方面,通过对高转换率频率下的表面电流与相位的仿真,阐明了宽带高转换率的机理。研究了该结构对于太赫兹波入射角度的依赖性,结果表明,该结构在0°~40°的入射角范围内均可保持较好的极化转换性能。同时,这款极化转换器具有设计简单的优点,这些工作能够对宽带高效的超表面极化转换器件设计提供设计思路。     

T形结构太赫兹超材料吸收器的设计与仿真

太赫兹频段的超材料吸收器可广泛应用于军事雷达及生物检测等方面.提出了T形结构的太赫兹超材料吸收器,其吸收率可达99.99％以上,接近完美吸收,并从结构尺寸及电流分布等方面说明了此结构的吸收率影响因素及吸波机理.为了使上述T形结构的适用范围更广,进一步提出了极化不敏感T形吸收器及频率可调T形吸收器.仿真结果表明,所设计的超材料吸收器具有较高的吸收率、较灵活的频率调节范围和不敏感的极化角度,具有较好的研究价值.     

基于几何相位超表面的高效独立双频点圆偏振太赫兹波束调控

为了克服超表面普遍具有的波长依赖性,提出了一种基于几何相位的多功能超薄超表面,在双频点处对透射圆偏振太赫兹波实现独立波前调控。该超表面单元由表层金属层和中间介质层组成,其中表层金属图案相同,均是由双C型开口环谐振器、中间金属圆环和长方形金属片谐振器构成。通过分别旋转表层金属谐振器,可以控制交叉偏振透射光具有相同的振幅和不同的相位。将单元结构按照特定的规律排列,可对入射波的波前实现任意调控,例如,在低频f₁=0.701 THz,分别实现了携带拓扑电荷数+1、+2、+3、+4的涡旋波束,其纯度均在60%以上;在高频f₂=1.663 THz,实现了对入射圆偏振波的汇聚,且焦距误差仅为0.04。仿真结果表明,设计的超表面在双频点处对电磁波具有良好的调控。     

可调谐极化不敏感太赫兹吸收器的设计

太赫兹吸收器广泛应用于军事装备及传感仪器等研究领域,因此,提出了一种四重对称结构的极化不敏感太赫兹超材料吸收器,并通过改变结构尺寸以及电流分布分析了该结构的吸收机理及影响因素.实验结果表明,该吸收器的谐振频率处于太赫兹频段且吸收率可达到99.98％.为了扩大该太赫兹吸收器的应用范围,进一步提出了两种频率可调的极化不敏感...     

基于相位梯度光栅介电超表面的高效太赫兹波异常反射器

太赫兹(THz)波由于其诸多独特的性质,有着广泛的应用前景。然而由于相关材料和器件的发展相对滞后,太赫兹技术在实际中的应用尚有诸多限制。超材料和超表面概念的提出,能够对太赫兹波的相位、振幅、偏振进行有效操控,为太赫兹技术的发展提供了许多新的思路。其重要的功能之一是依靠相位不连续将入射波反射到非镜面方向,即通称的广义斯涅尔定律。然而,此前报道的大多数异常反射装置的效率都相对较低,在实际应用中存在局限性。针对这一问题,文中提出了一种太赫兹超表面异常反射器,将法向入射光反射到40°方向且不改变其偏振,并从理论上阐述了提高效率的思路,且通过数值模拟展示其有效性。通过使用全介质材料构建超表面从而消除材料损耗,并利用不同布洛赫波的耦合以提供非局部响应,令器件的工作效率超过99%。此外,这一设计理念可以推广到偏振无关器件中,并且对其他类似的器件也有一定参考意义。这一工作有潜力被应用于太赫兹波激光器、太赫兹波腔谐振器等太赫兹波实际器件中。     

基于电磁超表面的太赫兹线极化转换器

研究基于电磁超表面的太赫兹波束极化调控技术,即采用金属-介质-金属的三层结构设计了一种反射式太赫兹波90o线极化转换器,并分别采用数值仿真和实验测试方法表征其极化转换特性。结果表明,该反射式超表面可以在工作频率(0.5 THz)达到高效的线极化转换(高于75%),且具有宽带特性(在0.35~0.65 THz极化转换效率超过50%)。此外,采用的超薄玻璃介质衬底使得超表面极化转换器具有厚度小、质量轻和耐热性好等优异的综合性能。     

一种双频双圆极化微带天线的设计

提出了一种仅利用单端口馈电的共口径双频双圆极化微带天线。天线通过在对应高端谐振频率的圆形贴片外层附加对应低端谐振频率的圆环形贴片,并采用四个窄带条连接两贴片,从而实现双频工作;通过在圆形和圆环形贴片外侧开缺口的方式实现了圆极化波辐射,并通过在两贴片上开置的缺口相正交,从而形成了低端右旋圆极化（RHCP）、高端左旋圆极化（LHCP）的特性。对提出的天线进行了仿真并优化设计,给出了该天线在两个谐振频段上具有较好的阻抗匹配和双圆极化性能。     

太赫兹波段双宽带极化无关超材料吸波体的设计研究

设计了一种太赫兹波段的雪花状双宽带极化无关超材料吸波体。采用时域有限元积分的方法对结构单元的电磁特性进行计算,结果表明结构单元在0.9~1.2 THz之间出现了两个吸收带,吸收率90%以上的频带分别是0.9642~1.002 THz和1.096~1.1316 THz,带宽分别为37.8 GHz和35.6 GHz;通过对其表面电流分布进行分析,发现其双宽带吸收特性是由不同的谐振频率叠加产生的;通过对结构单元在不同级对称性破缺下的吸收特性进行计算分析,发现结构单元的双宽带吸收特性对对称性破缺不敏感。     

基于超材料的太赫兹幅度调制器设计

提出了一款基于超材料的太赫兹幅度调制器,其结构由开口"弓"形超材料结构、高电子迁移率晶体管、斜十字馈线和碳化硅衬底四部分构成."弓"形超材料结构开口处的连通和断开两种状态将对通过该结构的太赫兹波产生不同的响应.在开口处添加高电子迁移率晶体管可模拟开口连通和断开的效果.当对晶体管上的栅极不施加偏压时,超材料结构开口相当于导通,对太赫兹波透射系数高;当对晶体管上的栅极施加偏压时,超材料结构开口相当于断开,对太赫兹波透射系数低.仿真结果表明,在0.22 THz处,对晶体管栅极不施加偏压时,调制器的透射系数为0.579;对晶体管栅极施加偏压时,调制器的透射系数为0.040.通过公式计算得到其调制深度为93％,而且对x和y极化入射波具有不敏感的特性.同时,通过分析0.22 THz处的电场分布和表面电流分布研究了该太赫兹调制器的工作原理.所设计的太赫兹调制器具有调制深度高、结构简单和易于加工等特点,在太赫兹通信领域具有广阔的应用前景.     

基于石墨烯超材料的宽频带可调太赫兹吸波体

基于二维材料石墨烯,设计了一款宽频带可调谐超材料太赫兹吸波体。该吸波体由三层结构组成,顶层为石墨烯超材料,中间层为二氧化硅,底层为金属薄膜。仿真结果表明,当石墨烯的费米能级为0.7 eV时,该吸波体在1.11~2.61 THz频率范围内吸收率超过90%,相对吸收带宽为80.6%。当石墨烯的费米能级从0 eV增大到0.7 eV时,该吸波体器件的峰值吸收率可以从20.32%增大到98.56%。此外,该吸波体器件还具有极化不敏感和广角吸收的特性。因此,它在太赫兹波段的热成像、热探测、隐身技术等领域具有潜在的应用价值。