基于EIT超材料的太赫兹慢光效应研究进展

太赫兹（Terahertz, THz）波在无线通信、生物医学、无损检测、军用雷达等领域具有潜在的应用前景。研究THz慢光效应对THz通信和检测技术具有非常重要的实际意义。目前已报道的THz慢光效应研究还面临一系列问题。由于具有结构设计灵活和电磁特性可设计的特点,电磁诱导透明（Electromagnetically Induced Transparency,EIT）超材料为THz慢光效应提供了崭新的研究平台。介绍了基于EIT超材料的THz慢光效应的基本原理以及近年来的研究进展,并对THz慢光效应的发展趋势进行了分析和展望。     

太赫兹多谐振环偶极子超表面中的类EIT效应

设计了一种在太赫兹波段下的四谐振环偶极子超表面结构,超表面的单元结构由一对反向的非对称开口谐振环(ASRR)及基底介质组成。在其谐振谱中观察到1个典型的类电磁诱导透明(EIT)现象。利用法诺(Fano)谐振模型对这种电磁诱导透明谐振谱进行拟合,良好的拟合结果揭示了不同谐振模式之间的耦合作用。此外,研究发现谐振的电磁特性对金属谐振环的开口间距非常敏感,开口间距的改变带来了谐振的频移和Q值的变化。该多谐振环偶极子超表面不仅为实现EIT效应提供了有效途径,而且有利于开发更多的太赫兹功能器件。     

基于亮模式调控的双频等离激元诱导透明超材料

设计了一种太赫兹波段双频等离激元诱导透明(DBPIT)超材料。该超材料由位于中央的空竹(Diabolo)型结构单元 和对称分布于其两侧的不同尺寸的两个开口谐振环(SRR)组合而成,空竹结构单元和两 个SRR分别充当该体系的亮、暗 模式谐振器。数值仿真结果表明,超材料透射频谱具有明显的双透明窗特征,通过调节亮 模式的几何尺寸,可以实现对双透 明窗透射幅度的调控。基于经典的三谐振子模型(three-oscillator model)及表面等 离激元(surface plasmon theory)理论, 阐述了DBPIT效应的物理机制:亮模式分别与两个暗模式之间的近场强耦合。亮模式采用 具有磁场增强功能的空竹结构, 有助于提高暗模式的磁场响应,进而大幅度增强亮、暗模式之间的耦合,达到提高透明 窗透射幅度的目的。这项工作为设计 具有高度灵活性的多波段功能器件(如慢光器件、可调谐传感器和多波段选择性开关器 件)开辟了新的途径。     

基于类电磁诱导透明的超材料的传感特性研究

理论和实验研究了一种由闭合方环(CSRR)和开口圆环(SRR)组合的具有类电磁诱导透明(EIT-like)效应的超材料谐振器。结果表明,该谐振器在0.64 THz附近的透明峰是由CSRR的电谐振和SRR的磁谐振干涉相消引起的;基底损耗对透射峰强度的影响很大;实验验证了该谐振器透射谱和模拟结果基本一致;类电磁诱导谐振峰对周围固体介质折射率变化具有很高的灵敏度,其值达到188 GHz/RIU,该谐振器还能分辨不同浓度的乙醇溶液。     

基于T型石墨烯超材料可调电磁诱导透明效应

基于石墨烯电导率的可调性,设计了T型石墨烯纳米超材料结构,实现对电磁诱导透明(EIT)效应的动态调谐。研究发现,当2个石墨烯条互相靠近时,由于二者间存在较强耦合,发生相消干涉,因此出现透明窗口。同时讨论了石墨烯条长度、缝宽、入射偏振角等几何参数对EIT效应的影响。研究结果表明,耦合强度随着缝宽的增加而减弱;随着入射偏振角的增加也呈现减弱趋势;随着石墨烯条长度的增加,透明窗口发生红移现象,且第一个下降峰强度明显增加。此外,当费米能级由0.3 eV增加到0.9 eV时,共振频率由24 THz蓝移至35 THz,且强度增强,证实了改变石墨烯的费米能级,能够调节透明窗口的位置。并且透明窗口附近有明显的群速度延迟(0.05 ps左右),即可以实现对光速的减慢。     

基于超材料的太赫兹分波器的研究

本文提出了一种基于超材料的太赫兹分波器,其结构单元由上下两层"一"字型金属线以及中间的石英介质构成.此分波器工作在太赫兹通信窗口,将中心频率为0.225 THz和0.300 THz的两束太赫兹波分离,其隔离度分别为34 dB、47 dB,插入损耗分别为0.19 dB、0.04 dB,分波器的群延迟稳定.另外,也对分波器...     

基于C型太赫兹超材料的高灵敏度生物传感器

提出了一种基于C型超材料的太赫兹波段高灵敏度透射型生物传感器。利用电磁场软件CST2016对其传感器的特性进行研究。通过改变四个微纳金属结构的旋转角度、微纳金属结构的位置,对其传感器的Q值特性进行了分析,并进一步研究了微流通道的通道高度、覆盖层和基底的介电常数对其传感器灵敏度的影响。研究结果表明,当微纳金属结构旋转角度75°,上下金属结构间位置相对平移3μm,微流通道高度45μm,覆盖层和基底采用相对介电常数为2.25的聚乙烯材料时,设计的C型超材料生物传感器的灵敏度为0.0936 THz/RIU。该传感器在太赫兹波生物医学领域有着广阔的应用前景。     

基于超材料的太赫兹波吸波材料

超材料是一种人工设计的具有周期单元阵列结构的电磁材料,具有超常物理特性。基于超材料的太赫兹吸波材料在太赫兹技术领域有许多潜在的应用。简述了超材料吸波材料的理论基础,综述了国内外在单频、双频、多频带和宽带太赫兹超材料吸波材料领域的研究进展,并展望了太赫兹吸波材料研究的未来发展方向和趋势。     

太赫兹磁诱导双透明窗调制方法

利用时域有限差分法对由金属短线和开口谐振环构成的太赫兹超材料的透射谱进行了理论研究。结果表明,该超材料结构可形成电磁诱导的双透明窗,随金属材料厚度或周围相对介电常数的增大,峰值逐渐增大,双透明峰红移;随损耗角正切的增大,峰值也增大,但双透明峰却蓝移。优化超材料参数,双透明峰值均可达到0.95。这种超材料结构在多波段慢光传输、光存储、折射率传感器和双向开关等方面具有潜在的应用前景。     

基于太赫兹超材料的微流体折射率传感器

设计加工了一种太赫兹超材料微流体传感器件,利用时域有限差分法（Finite Difference Time Domain,FDTD）对其在太赫兹波段的传输、谐振及传感特性进行数值模拟。采用太赫兹时域光谱系统实验研究了偏振方向对传感器灵敏度的影响。实验结果表明,当超材料谐振环开口方向与入射太赫兹波的偏振方向平行和垂直时,折射率传感灵敏度可分别达到39.29 GHz/RIU和74.43 GHz/RIU。通过等效电路模型对该超材料器件的传输和谐振特性做了分析,并进一步明确了其传感机制。该超材料器件可对微量液体（5 l/mm2）实现芯片式的折射率传感,具有较高的传感灵敏度,在化学生物传感器的设计和制造领域具有潜在的应用前景。     

一种基于介质谐振器的新型电磁超材料

文章设计了一种基于介质谐振器的新型混合左右手结构。该结构由工作在横电模式TE的介质谐振器嵌入到平行平板波导中组成。数值分析表明：工作频带为12 GHz～14 GHz,在13.15 GHz频率下相移为零。该结构在整个通带内插入损耗低于0.6 dB,同时具有极低的通带波纹,表现出了良好的传输特性。与普通的混合左右手结构相比,其结构简单,插入损耗较低,在高频时导体损耗也较低,在超级透镜、天线等领域具有很好的应用前景。     

A novel design of circularly polarised antenna based on metamaterial

This article presents a novel design of circularly polarised microstrip antenna based on a metamaterial reflection plane and a half-wave antenna. The metamaterial is composed of two pieces of substrates coated on one side with split ring resonators. Both the experimental and simulated results show that good circularly polarised radiation performances are obtained. The 10?dB return-loss impedance bandwidth and 3?dB axial ratio bandwidth of proposed antenna are 12% and 7%, respectively, and the gain of proposed antenna compared with the half-wave antenna is improved from 6?dB to 9?dB in the design frequency range.     

基于局部表面等离子体激元的共振增强超材料吸收器的吸收性质

提出了一种在150～165 THz区域内的具有单峰吸收特性的高性能超材料吸收器。设计的吸波器包含两个阵列:双金属颗粒阵列和双空气孔阵列。金属层的阻尼常数在模拟中被优化。发现在模拟中使用2. 3倍的阻尼常数时,可以获得最大吸收率96%。吸收峰由局域表面等离子体(LSP)模式共振激发。为了揭示共振电磁机理,进行了两组模拟,研究结构参数变化对共振吸收峰的影响。发现随着垂直距离V的增加,吸收峰被增强,当V=160 nm时,获得新的吸收带。在第二次模拟中,对于水平距离H的增加,吸收峰也增强,并且当H=190 nm时获得另一个新的吸收带。电场强度分布结果表明LSP模式的激发和LSP模式之间的耦合效应导致吸收峰增强现象。     

基于蘑菇型磁谐振环结构的左手材料设计与分析

提出了一种蘑菇型磁谐振环结构,并结合金属丝电谐振结构设计了左手材料单元。利用CST电磁仿真软件,通过平面波入射实验、等效电磁参数提取及波导仿真实验等方法验证了左手通带的存在。这种磁谐振环结构由单匝开口环路串连而成,相比于传统的多环路开口谐振环有着更为简单的结构形式,便于材料的加工和制备。同时,这种前后相邻的磁谐振环固有的金属条结构,也为左手材料的电磁谐振提供了一种电容耦合单元。     

新型异向介质及其在滤波器中的应用

提出了一种结构简单、损耗小、阻带宽的新型异向介质单元.在对该异向介质单元进行等效电路分析的基础上,研究了其结构参数对电磁波传输的影响,并利用S-参数提取法对其等效磁导率和介电常数进行了提取,揭示了该异向介质单元的带阻工作原理并进一步验证了其等效电路和分析的合理性.采用该异向介质单元设计出的截止频率为9.6 GHz的波导...     

A compact tunable metamaterial filter based on split-ring resonators

A tunable metamaterial filter is designed based on split-ring resonators (SRRs) in this paper. The metamaterial filter has a compact size of 15 mm×20 mm, and miniaturization is realized by using the SRRs. By loading tunable devices, the continuous operation of the filter is realized at X band (from 10.7 GHz to 12 GHz), the bandwidth is about 13%, the minimum return loss is 35 dB, and the maximum insertion loss is 0.37 dB. The results illustrate that the metamaterial filter shows the compact size, wide bandwidth and good band pass characteristics. This work has been supported by the Key Laboratory Foundation of China Electronics Technology Group Corporation (No.ZX15ZS391), the National Fund for International Cooperation in Science and Technology (No.2014DFR10020), and the Natural Science Foundation of Shanxi Province (Nos.2014021020-1 and 2015021083). E-mail:798710363@qq.com      

基于异向介质天线的设计

异向介质是介电常数ε和磁导率μ中全为负值的人工合成电磁材料,在这种介质中传播电磁波,相位的传播方向和能量的传播方向相反。利用异向介质在某个频段内折射率接近零的特性可制造出具有很强定向辐射能力的天线;用异向介质代替微带天线中的传统介质基板,利用其对表面波的抑制来减小边缘散射,提高天线的辐射效率等。在此利用异向介质这一特性设计出性能优良的微带天线。     

一种新型Ku波段龙伯透镜反射器

本文对传统的龙伯透镜反射器采用有源频率选择表面（active frequency selective surface, AFSS）技术进行电磁结构的设计,用具有吸波/反射可切换的AFSS龙伯透镜反射器代替金属反射板,达到对入射电磁波的反射强度和雷达散射截面（radar cross section, RCS）大小可调、工作状态可切换的主动型龙伯透镜反射器. 仿真结果表明,在X波段内,设计的新型龙伯透镜反射器可实现吸波/反射功能的可切换以及单站RCS可调,大小相差约8 dB. 通过对龙伯透镜AFSS反射器进行实物加工与测试,测试结果和仿真结果较为吻合,实现了龙伯透镜反射器在一定频段内工作状态切换和RCS可调.

     

A metamaterial terahertz modulator based on complementary planar double-split-ring resonator

A metamaterial based on complementary planar double-split-ring resonator (DSRR) structure is presented and demonstrated, which can optically tune the transmission of the terahertz (THz) wave. Unlike the traditional DSRR metamaterials, the DSRR discussed in this paper consists of two split rings connected by two bridges. Numerical simulations with the finite-difference time-domain (FDTD) method reveal that the transmission spectra of the original and the complementary metamaterials are both in good agreement with Babinet’s principle. Then by increasing the carrier density of the intrinsic GaAs substrate, the magnetic response of the complementary special DSRR metamaterial can be weakened or even turned off. This metamaterial structure is promised to be a narrow-band THz modulator with response time of several nanoseconds.     

一种新的基于共模扼流圈传导干扰模态分离网络

测试传导性干扰的模态噪声,是设计电磁干扰(EMI)滤波器的前提条件。共模扼流圈能够抑制共模模态,而不影响差模电流的输出。根据共模扼流圈这一特点,设计一种由两个共模扼流圈为核心的共模/差模分离网络,实现共模电压和差模电压的同时输出。仿真结果表明,在150 kHz³0 MHz的测试频带,输入端口阻抗基本在50Ω,并且共模传递比(CMTR)、差模抑制比(DMRR)、差模传递比(DMTR)及共模抑制比(CMRR)四个结果显示了该分离网络的良好模态分离效果。