基于超表面的太赫兹复用成像

提出了一种基于单层超表面的太赫兹复用器件.该器件基于PB(back propagation)相位理论、广义斯涅耳定律以及马吕斯定律,实现了空间分复用成像.计算结果表明,所设计的器件能将一束线偏振入射光离轴出射,并产生多通道的复用图像.该器件的研究对拓展THz波段的高分辨成像、多通道信息传输等功能具有重要意义.     

基于超表面的新型太赫兹功能器件研究

太赫兹技术自被发现以来,凭借其自身独特优势,迅速引起了人们的广泛关注,其主要包括太赫兹源技术、太赫兹器件和太赫兹探测技术。其中,太赫兹器件与多个领域结合紧密,在生物医疗、半导体封装、无损检测、食品农产品、太赫兹通信材料表征等方面有广泛应用。超材料具有独特的结构优势,可以人为设计、选材,将超材料引入太赫兹器件使得太赫兹器件可以被人工设计成所需要的效果,从而为多个领域提供技术、器件支持。从太赫兹器件的构成、加工流程、应用、太赫兹器件对太赫兹波的调控原理以及当今存在的主要太赫兹技术等方面对太赫兹器件进行了研究,并对其发展前景做出了展望。     

基于表面金属结构的太赫兹超材料吸波器件研究

由于局限于微纳加工技术以及本身的响应特性,现有超材料吸波器件仅能实现对单一频率或窄频带的完美吸收,针对这一问题,提出了一种新型超材料太赫兹宽带吸波器件.利用将十字结构与谐振环结构两种不同的表面金属结构进行组合的方法,扩展了吸波频带宽度和提高了吸收率,并使其具备了极化模式和入射角度不敏感的优点;同时对吸波器件工作机理进行...     

基于几何相位的线偏振聚焦超表面器件

设计出基于几何相位的介质超表面实现线偏振光聚焦功能.该设计打破了传统设计中几何相位(Pancharatnam-Berry phase)的手性限制,不再是局限于左旋圆偏振光(LCP)和右旋圆偏振光(RCP)入射.通过有限时域差分仿真来证明这种线偏振聚焦相位调控的特性.该类功能器件可能用于设计新颖的THz元器件、高分辨成像...     

方兴未艾的太赫兹生物医学传感器

太赫兹生物医学传感器在当前研究中属于一个热点,其工作原理主要依托人工周期性电磁媒介或二维材料构建电磁亚波长结构,与入射的太赫兹波相互作用时,引发类似表面等离子体共振现象,产生的局域电磁场增强效应对周围的介电环境敏感,从而改变太赫兹光谱中共振的品质因子与谐振频率,实现对生物分子的高灵敏度检测和分析。围绕近几年的研究现状,从生物传感器的类型及其在生物医学等领域的应用分别加以阐述,讨论了太赫兹生物医学传感器所面临的挑战和发展前景,旨在提供一些有价值的建议。     

石墨烯动态调控太赫兹泄漏波的研究

设计了一种基于石墨烯动态调控太赫兹泄漏波的调制器件。通过调节石墨烯费米能级的大小,改变了金属-介质-石墨烯(MIG)超表面结构的共振响应,从而达到调控太赫兹泄漏波的功能。仿真结果表明:随着石墨烯费米能级从10 meV到60 meV和介质层厚度从20μm到200μm的变化,通过优化电控石墨烯MIG结构最终实现了35 GHz的频率扫描范围,并伴有电磁响应状态从过阻尼至欠阻尼的转变;在过阻尼状态下结构的电磁响应仅存在共振吸收而在欠阻尼状态下具有类电磁诱导透明现象,使具有这种显著变化特征的电控石墨烯MIG结构可应用于高灵敏的生物检测中。本器件具有构型简单、调控方便的特点,在生物分子和材料折射率检测等方面具有广泛的应用前景。     

太赫兹波的古依相移研究

为了测量太赫兹波聚焦点附近不同位置的太赫兹时域信号图对飞秒脉冲强激光在空气中进行聚焦,在形成空气等离子体细丝通道的同时辐射出锥型太赫兹波,并用离轴抛物面金镜收集和聚焦太赫兹波。利用电光采样系统来探测太赫兹波,得到其频谱宽度约为4THz。通过对比分析得出,会聚的太赫兹波同样具有古依相移效应。     

基于太赫兹超材料技术低浓度莠去津的快速检测

除草剂不恰当的处理会导致土壤、水和空气的污染,并且会通过环境进入食物链,影响人体健康。莠去津作为常见的除草剂,在世界范围内的水环境中经常被检测到。目前常用的检测方法主要依赖于大型仪器,一般需要复杂的预处理,并且对操作人员的技能要求较高,难以普及。随着光学材料的发展,太赫兹超材料技术如今已扩展到越来越多的领域,常用于识别物质的细微变化。采用太赫兹光谱技术结合超材料检测低质量浓度莠去津溶液（0,1,10,100,1 000和2 000μg/L）,测得的透射谱经过归一化处理以及拟合分析。实验结果表明,利用太赫兹光谱技术结合超材料能够精确检测到1～2 124μg/L的莠去津质量浓度变化,有效提高农药检测的灵敏度。     

基于钛酸锶的可调太赫兹超材料吸波器设计

热敏钛酸锶(SrTiO3)作为铁电晶体,在微波和太赫兹波段有很强的可调性,具有潜在价值。利用热电磁的可调性实现智能操作,提出了一种基于SrTiO3晶体的具有太赫兹波段吸收的热可调超材料。吸收超材料(AM)由Floquet线性周期排列单元形成,该单元由金属接地平面和菱形金属贴片中嵌入的交叉SrTiO3材料组成,并由FR-4介电层隔开。该超材料吸波器通过改变温度来实现频率的可调。详细讨论了SrTiO3的介电常数,以说明如何产生与热转换的可重构性。数值结果表明,当温度从280 K增加到360 K时,吸收带的可调谐带宽达到90 GHz,相应的吸收率达到99%以上。随着温度的升高,共振频率将产生蓝移。本文提出的被动热可调谐超材料可作为传感、材料检测和频率选择性热发射器的潜在候选材料。     

基于超材料的太赫兹波辐射特性与增强研究

太赫兹波的产生与调控对太赫兹技术发展至关重要.超材料的可设计几何结构与特异共振响应为产生与调控太赫兹波提供了新的途径.但超材料产生太赫兹波辐射的转换效率较低仍然是一个亟待解决的问题.设计了一种由金属谐振环阵列和全介质硅开口谐振器组成的超材料.利用麦克斯韦方程联合表述电子运动的流体动力模型的自洽方程组,研究了该超材料的太赫兹波辐射与调控过程.研究发现,通过优化分裂谐振环的开口方向,超材料产生的太赫兹波振幅提高了 1 倍.此外,通过改变入射光偏振角及超材料的几何尺寸实现了太赫兹波振幅调控.这为基于超材料的,紧凑型和可调谐的太赫兹源提供了新途径.     

基于液态金属的跨波段超宽带极化转换超表面

在无线通信领域,电磁波传播和极化方向调控对特定信号的识别与接收具有重要意义。提出了一种基于液态金属材质的跨X(8～12 GHz)和Ku(12～18 GHz)波段超宽带极化转换电磁超表面,具有宽频带、高极化转换率、体积小、无机械疲劳损伤、易共形、成本低等优点。该超表面能够实现从7.595 GHz到17.712 GHz超宽带范围内交叉极化转换或宽带圆极化转换的功能。当阶梯状液态金属结构宽度为1.6 mm时,在相对带宽为79.9%的7.595～17.712 GHz频带上,超表面极化转换率优于90%,具有共极化向交叉极化转换的功能。当阶梯状液态金属结构宽度为0.3 mm时,在相对带宽为12.30%的10.864～12.288 GHz频带上,超表面具有线极化向圆极化转换的功能;在相对带宽为3.54%的7.328～7.592 GHz频带上,超表面的极化转换率优于90%,具有共极化向交叉极化转换的功能。样品制备及其极化转换特性测试结果表明：实验结果与仿真结果的相对误差为4.20%,理论设计与实验验证结果一致,进而验证了的跨X和Ku波段超宽带极化转换电磁超表面的多功能性和有效性。     

基于GaAs/Sb2 Se3相变可调谐线性偏振器

偏振超表面是一种新型光学器件,通过设计微纳米结构和选用适当的材料,能够精确控制光的偏振状态、相位和振幅。现有的大多偏振片由于固定的物理结构及材料特性使得功能较为单一且体积较大,难以满足现代光学系统对小型化和多功能化的需求。研究了一种基于全介电GaAs/Sb2Se3结构的可调谐相变偏振超表面,工作于近红外波段（780~1 100 nm）。通过集成偏振转换元原子和相位转换元原子,设计出具有高透过率（99.625%）、高消光比（32.8 dB）及可控偏振角的线性偏振器件。特别地,通过引入相变材料硒化锑,实现了偏振片在不同相态下的动态调谐,使其在不同波段的偏振态控制上具有显著优势。通过理论分析和时域有限差分法仿真验证了设计的有效性,展现了该超表面在红外探测、成像和通信等领域的广泛应用潜力。该研究为光学系统的小型化和多功能化提供了创新解决方案,为未来材料优化和新应用探索奠定了基础。     

太赫兹宽带消色差偏折器设计

偏折器可以调控电磁波的传播方向,在传感、光通信等领域具有重要的地位,但是色差问题使传统偏折器的偏折方向随波长变化,很大程度上限制了偏折器的发展。为了消除偏折器中的色差问题,通过对太赫兹偏折中色差问题的物理机理进行分析,采用几何相位与共振相位结合的设计方法,在全介质超表面上实现宽带消色差偏折的功能。利用有限时域差分法(FDTD)在0.5 THz到1.1 THz的宽带范围内仿真验证设计的方法并实现了超表面消色差偏折的效果。     

基于悬链孔超表面的偏振检测器件

传统的光学器件因体积笨重,仅对线偏振光或圆偏振光敏感等缺点,无法满足现代光学集成化的要求.基于表面等离子体激元(surface plasmon polaritons,SPPs)设计了一种由悬链孔组成的通用型偏振分析仪,推导了SPPs传播的理论,并采用时域有限差分法计算了单元悬链孔的电场模式和器件中心电场强度的分布.结果表明,当分别入射不同偏振态的光源时,悬链孔具有多种电场模式,器件中心明显差异化的电场分布可以有效地区分线偏振光、圆偏振光和矢量偏振光(径向偏振光和角向偏振光)的偏振态,该结果有助于悬链线多功能器件的研究与开发.     

太赫兹金属弹簧波导的研究

为深入了解金属弹簧波导对太赫兹波的传输效果,对不同螺线间距金属弹簧的太赫兹波传输特性进行了实验研究。实验结果表明,对于线径0.8 mm、外直径12 mm、长14 cm的金属弹簧,在3.5/4.4 mm等较大的螺距下,弹簧波导反而能在较大的带宽下传导太赫兹波,并具有良好的偏振保持能力。3.5/4.4 mm螺距弹簧的太赫兹传输带宽均约为0.9 THz,且在其峰值频率处的传输损耗分别约为0.2 cm-1和0.27 cm-1。此外,金属弹簧能将太赫兹模式束缚在空气芯内传输,而非通过金属螺线导引传输。该研究结果对金属弹簧波导在太赫兹技术中的应用具有一定参考意义。     

一种基于FSS的太赫兹滤波器特性分析

基于太赫兹频段,为研究太赫兹滤波器的滤波特性,提出了一种基于频率选择表面(FSS)的反射型偏振太赫兹滤波器.通过分析不同旋转角度的滤波器透过性,得出该结构的滤波器具有中心反射率高,谐振频率拓展范围大等优点.优化计算结果表明,当FSS结构设计成不同的旋转角度时,可将中心频率控制在0.58～0.72 THz(动态可调范围约...