全介质超周期光栅太赫兹波段宽带完美反射器设计

提出一种超周期全介质光栅结构,该类结构在单个周期内具有多个不同宽度亚单元光栅条,基于优化超周期单元结构的占空比、高度以及光栅条宽度等几何参数,实现太赫兹波段(1.2-2.0THz)宽带完美反射特性。利用S-参数反演算法,有效提取亚波长超周期全介质光栅结构的等效参数,包括等效折射率、等效介电常数、等效磁导率以及等效阻抗。分析超周期光栅结构等效参数,结合完美反射条件,证实该类光栅结构的宽带完美反射特性。基于矢量全波计算方法,数值模拟超周期光栅结构的电磁场分布,揭示其宽带太赫兹波完美反射Mie氏谐振特性和电磁耦合特性。     

波长分离膜在2μm飞秒激光作用下的损伤特性

用离子束溅射的方法在红外石英玻璃基底上制备了Ta2O5/SiO2(1.064μm波长下高透,2.128μm波长下高反)波长分离膜,利用飞秒激光系统(输出波长为2μm,脉宽为80 fs)测试了它的激光损伤情况,同时用光学显微镜和扫描电镜观察了样品的损伤形貌,根据不同能量作用下破斑面积与能量密度的关系拟合得到样品的损伤阈值。实验结果表明,2μm飞秒激光作用在波长分离膜的损伤形貌为层状分布,破斑边缘比较清晰,没有热扩散和热传导现象,属于本征损伤。利用基于导带电子数密度的理论模型,并结合电场分布与带隙理论讨论了2μm飞秒激光作用于光学薄膜的损伤机制,确定了损伤起源于高低折射率界面处的窄带隙材料。     

可调谐超表面的生物分子检测研究进展

超表面作为一种超薄微纳器件具有优良的性能,利用超表面检测生物分子具有越来越广泛的前景。本文调研了可调谐超表面检测生物分子的研究进展,并分别从太赫兹波段、中红外波段、光波段阐述当前的研究成果。本文重点介绍了当前超表面利用外加电压、改变环境温度等实现可调谐的方法,并对超表面检测不同生物分子的性能进行了总结分析,最后给出了可调谐超表面在生物分子检测方面未来发展的机遇与挑战。     

基于几何相位的三层透射型等离子编码超表面

本文提出一种由多纳米棒与圆形金属缺口组合而 成的三层几何相位编码超表面,本结 构在0.737 THz处对透射波具有完美的几何相位调制效果且很大程度 提高了散射光的效率和 带宽,进而扩展纳米棒的应用领域。此外,针对几何相位超表面,我们引入数字信号处理中 的傅里叶卷积计算理论,实现对编码超表面的加法或减法运算,从而达到透射散射角度的自 由操控。通过对不同的编码序列进行多次傅里叶卷积运算即可扩展到控制光波的所有方向, 为可见光的自由、灵活的操作提供了更大的自由度。本文提出的几何相位编码超表面也可以 应用于微波与太赫兹频段,为电磁波的实时控制及波束扫描打开新的途径。     

基于连续谱束缚态的高Q太赫兹全介质超表面

为了研究基于连续谱束缚态(BIC)高品质因子Q谐振, 提出了由双空心硅圆柱体组成太赫兹全介质超表面。采用数值模拟方法对结构的透射光谱及电磁场图进行了分析, 并利用本征模分析的方法研究了超表面结构参数对BIC频率的影响, 给出了该BIC超表面在太赫兹大频率范围工作的参数设计方法。结果表明, 在3.0THz左右实现了一个可调高Q环偶极Fano谐振; 本征模式的分析计算结果与入射电磁波模式的分析计算结果对称性不匹配, 该超表面支持的是一个对称保护BIC。此研究为基于BIC的高Q超材料在超低阈值激光器件、非线性光学谐波产生及高灵敏度传感等领域的应用提供了理论参考。     

超表面实现复杂矢量涡旋光束的研究进展

作为一种人工微纳器件，超表面能够对光束的传播和相位进行精确的调控。具有不同偏振矢量特性的涡旋光束具有独特的光场分布特性，利用超表面生成复杂状态的矢量涡旋光场具有越来越广泛的研究前景。本文针对产生矢量涡旋光束超表面的材料进行分类，介绍了金属超表面、全介质超表面和智能超表面在矢量涡旋光束生成和调控方面的研究进展。我们详细阐述了超表面利用不同相位理论对入射波前调制的原理和超表面生成的不同矢量涡旋光束的特性，并探讨了这两者之间的联系。此外，我们总结了利用超表面代替传统光学器件生成矢量涡旋光束的优势，并展望了未来利用不同材料的超表面进行矢量光场调控研究方面的挑战和可能性。