1 桂林电子科技大学 广西精密导航技术与应用重点实验室， 广西 桂林 541004
2 中国电子科技集团公司 第三十四研究所， 广西 桂林 541004
3 复旦大学 专用集成电路与系统国家重点实验室， 上海 200433
采用SANAN公司的0.25 μm E-Mode pHEMT工艺，基于ADS仿真，设计了一款工作频率为2.0~4.2 GHz的两级级联的宽带LNA芯片。芯片采用电阻偏压的方式，实现了3.3 V单电源供电。同时，设计了一种改进型的RLC并联负反馈结构，实现了宽带匹配。仿真结果表明，该LNA在2.0~4.2 GHz频段内，最大增益为30.9 dB，增益平坦度为±0.6 dB左右，输入回波损耗小于-9 dB，输出回波损耗小于-12 dB；噪声系数为(1.2±0.14) dB；系统稳定性因子K在全频带内大于2.8；芯片面积为0.78 mm×2.2 mm。
低噪声放大器 自偏置 负反馈 low noise amplifier self bias ADS ADS negative feedback GaAs GaAs
1 暨南大学光子技术研究院，广东省光纤传感与通信重点实验室，广东 广州 510632
2 桂林电子科技大学信息与通信学院，广西精密导航技术与应用重点实验室，广西 桂林 541004
本文提出了一种基于空间填充曲线的超构表面结构，利用理论分析、数值仿真的方法研究了该超构表面的近场电磁特性，实现了高度局域及高品质因子(Q-factor)的多阶人工局域表面等离激元共振(spoof plasmon resonances)。我们发现采用不同结构形状和尺寸的空间填充曲线均可产生共振频率规则分布的多阶谐振模式，通过调整结构的等效波导长度，可同时获得高的谐振波长/结构尺寸压缩比与高品质因子。空间填充曲线所支持的人工局域表面等离激元由磁偶极子与电偶极子模式交替支持；其余参数不变的情况下改变空间填充曲线的分布形式，结构所支持的表面等离激元的谐振特性不受形状曲折的影响，而只与等效波导总长度有关。此外，近场模式的强度分布随着空气波导的走向而改变，可根据实际需求对结构进行特定排布。本文的研究结果对设计基于空间填充曲线的小型化高品质因子电磁谐振器件具有重要的指导意义。
1 桂林电子科技大学广西精密导航技术与应用重点实验室，广西 桂林 541004
2 桂林电子科技大学广西自动检测技术与仪器重点实验室，广西 桂林 541004
3 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院，广西 桂林 541004
4 桂林电子科技大学研究生院，广西 桂林 541004
设计了一种基于矩形金属块阵列结构的等离子体颜色滤波器，该器件结合表面等离子体共振效应与平板波导的导波特性，利用非对称矩形金属块周期性阵列结构对入射光偏振敏感的特点，在可见光波段实现对透射谱的动态调控。采用时域有限差分法研究了阵列周期、填充因子、电介质层与金属层厚度、入射光偏振角等参数对透射谱及其滤色特性的影响。结果表明，通过改变矩形金属块阵列周期参数可静态调控透射谱；矩形金属块阵列周期不对称时，通过改变入射光偏振角可对透射谱进行动态调控。通过调节结构参数，得到滤波器在可见光范围内的透射率可高达75%，且可同步实现对滤出颜色的静态和动态调控。该研究为下一代颜色可调谐等离子体颜色滤波器的设计提供理论依据。
衍射 颜色滤波器 表面等离子体 平板波导 矩形金属块阵列 时域有限差分法 激光与光电子学进展
2021, 58(9): 0905002
1 桂林电子科技大学 1. 广西精密导航技术与应用重点实验室
2 桂林电子科技大学 2. 电子工程与自动化学院, 广西 桂林 541004
提出了一种新型的方形腔耦合金属波导结构, 该结构由两个相互平行的矩形金属波导和一个内嵌可连通的方形谐振腔构成。利用方形谐振腔局域表面等离子体实现带阻滤波特性, 并通过多路复用实现双端口全光等离子体开关。采用时域有限差分方法（FDTD）研究了方形腔的边长、折射率和谐振距离对强透射特性的影响。结果表明, 基于方形腔耦合金属波导结构的光开关在工作中具有较好的阻带特性和透射特性, 其最大透射率可达92%, 最小阻带透射率达0.2%, 工作波长范围为607~785nm。
全光开关 时域有限差分方法 表面等离激元 方形腔 all-optical switch TDFDM surface plasmon polaritons square cavity
Author Affiliations
Abstract
1 School of Information and Communication, Guilin University of Electronic Technology, Guilin 541004, China
2 Key Laboratory of THz Technology, Ministry of Education, Chengdu 610054, China
A metal–graphene hybrid metasurface polarization converter is designed in this Letter. The unit cell of the hybrid metasurface is composed of a butterfly-shaped structure whose branches are connected by multi-layer graphene sheets. The proposed device can be reconfigured from linear-to-circular polarization to cross-polarization by changing the Fermi energy of graphene. The simulation results show that for three-layer graphene, the device acts as a linear-to-circular polarization converter when EF = 0 eV and switches to a cross-polarization converter when EF = 0.5 eV. Compared with single-layer graphene, the device with three-layer graphene can maintain the cross-polarization conversion performance under low Fermi energy. Furthermore, two equivalent circuits in the x and y directions are developed to understand the working mechanism of the device.
graphene metasurface polarization converter THz Chinese Optics Letters
2020, 18(1): 013102
1 广西精密导航技术与应用重点实验室，桂林电子科技大学，广西桂林541004
2 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院，广西桂林541004
提出了一种基于光纤端面金属正六边形晶格圆孔阵列-二氧化硅结构，该结构的表面等离激元耦合作用受到其法布里-珀罗腔的加强，获得了较好的光谱传输特性。采用时域有限差分法对该结构进行数值仿真，研究了正六边形晶格圆孔阵列结构中圆孔直径和阵列周期等参数对反射光谱的影响，并分析了基于该现象的折射率传感特性。仿真结果表明：当金属厚度、圆孔直径和阵列周期分别为100 nm、200 nm 和530 nm 时，该结构展现出较好的反射特性。并在此基础上优化结构参数，获得486±4 nm/RIU 的折射率灵敏度，能为应用在环境监测、食品安全等传感领域提供一个新的技术支持。
光纤 正六边形晶格孔阵列 表面等离激元 传感特性 时域有限差分法 optical fiber regular hexagonal lattice aperture array surface plasmon polaritons sensing characteristic finite-difference time-domain method
1 桂林电子科技大学广西精密导航技术与应用重点实验室, 广西 桂林 541004
2 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院, 广西 桂林 541004
设计一种新颖的交叉领结形石墨烯阵列结构等离子体折射率传感器。利用石墨烯与电介质交界面产生的表面等离子体效应,在中红外波段获得双共振透射现象,结合石墨烯的电可调特性来实现透射谱的动态调制,采用时域有限差分法研究该结构中石墨烯的化学势、层数及几何参数对双共振透射现象的影响。结果表明:通过改变石墨烯的化学势及层数能够实现共振位置的调谐;优化结构参数后,该结构具有较好的传感性能和双共振透射现象,2个共振谷的灵敏度分别高达(1280±24) nm/RIU和(2800±49) nm/RIU,品质因数分别为17.1 RIU
-1和12.3 RIU
-1。研究结果为石墨烯等离子体生物传感器的设计提供了理论依据。
传感器 交叉领结形石墨烯 时域有限差分法 折射率传感器
1 桂林电子科技大学广西精密导航技术与应用重点实验室, 广西 桂林 541004
2 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院, 广西 桂林 541004
提出了一种基于锯齿共振腔耦合金属波导结构。研究发现,该波导结构在加入锯齿共振腔后有更好的信号输出频率,可通过调整锯齿共振腔长度和宽度实现对逻辑门光源输出信号频率的控制;并通过增加结构中输出波导数量来增加逻辑信号的输出端口,可实现双通道及三通道逻辑信号的输出功能。该锯齿共振腔耦合金属波导结构构建的逻辑门输出光源具有较好的传输效率和较宽的工作带宽,通过调整锯齿共振腔的长宽参数,传输效率可达60%,平均工作范围为1000 nm。
集成光学 逻辑输出光源 时域有限差分方法 传输效率 金属波导 激光与光电子学进展
2019, 56(12): 121301
1 桂林电子科技大学广西精密导航技术与应用重点实验室, 广西 桂林 541004
2 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院, 广西 桂林 541004
提出一种金属-介质-金属非对称圆形结构,该结构由两个圆形谐振腔、一个传输波导和两个耦合波导组成。利用谐振腔的局域作用加强表面等离激元的耦合作用,获得较大的透射率。采用有限时域差分方法研究了圆形谐振腔半径、个数和两圆腔中心距离对强透射特性的影响。结果表明,当非对称圆形谐振腔的半径为100 nm、两圆间距为200 nm时,该结构具有较高的透射率。通过优化主要参数,所设计结构的平均阻带宽度为1000 nm,工作范围可增大到2500 nm。
集成光学 表面等离激元 金属-介质-金属 有限时域差分方法 圆形谐振腔 阻带宽度
1 桂林电子科技大学 1. 广西精密导航技术与应用重点实验室
2 2. 广西信息科技实验中心
3 桂林电子科技大学 电子工程与自动化学院, 广西 桂林 541004
提出了一种基于H形金属狭缝阵列的新型结构。利用该结构形成的法布里珀罗腔(FabryPerot, FP)来加强表面等离激元的耦合作用, 以获得一种双共振反射现象; 同时研究了基于该现象的折射率传感特性。采用时域有限差分法研究了该结构中狭缝长度、宽度、金膜厚度等参数对双共振反射现象的影响。研究发现, 双共振谷波长可由以上主要参数有效调控, 当竖直狭缝长度为150nm、水平狭缝长度为200nm、狭缝宽度为50nm、金膜厚度为300nm时, 该结构具有较好的双共振反射现象, 其灵敏度分别为590和1199nm/RIU。该发现为新一代高性能表面等离子共振传感器设计提供了理论参考。
表面等离激元 金属狭缝阵列 双共振谷 折射率传感特性 surface plasmon polariton metal slit arrays two resonance dips refractive index sensing property
