天津大学精密仪器与光电子工程学院太赫兹研究中心, 天津 300072
电磁波传播过程中的等离子诱导透明效应以其强烈的色散特性在慢光器件、光动态存储器件、高灵敏度传感器等方面有着广泛的应用前景,而亚波长周期超表面成为了实现此效应常用的手段之一。如何有效调控由亚波长周期超表面与外场相互作用而产生的等离子诱导透明效应则成为了研究的热点。采用太赫兹时域光谱技术对放置在平行平板波导中的等离子诱导透明超表面进行了系统研究。在外部横电模式的激励下,通过改变超表面的结构参数,在理论和实验上实现了基于平行平板波导-超表面系统的等离子诱导透明效应的有效调控。另外,还通过表面电流和电场绝对值分布的模拟对等离子诱导透明效应调控背后的机制进行了探究。所得结果可以为基于等离子诱导透明效应的可调控电磁器件的设计提供一种新的思路。
光谱学 太赫兹技术 平行平板波导 亚波长周期超表面 等离子诱导透明效应 中国激光
2021, 48(19): 1914005
天津大学精密仪器与光电子工程学院太赫兹研究中心，天津 300072
全息术是一种三维成像技术，它已经被应用于多种实际场景。随着计算机科学与技术的迅猛发展，计算全息由于其方便和灵活的特性，已经成为一种广泛应用的全息成像方法。本文回顾了我们近期基于超表面的太赫兹计算全息研究进展。其中，作为全息板的超表面展示出了超越传统光学器件的独特性能。首先，利用超表面实现了对于全息板每个像素的相位振幅同时且独立的调控，进而实现了高质量全息成像。这种新的电磁波操控能力也带来了新的全息成像效果，如利用介质超表面实现了全息像沿传播方向上的连续变化。其次，对超表面在不同偏振态下的响应进行设计，分别实现了线偏振态与频率复用、圆偏振态复用、以及基于表面波的偏振复用超表面全息术。此外，本文提出了依赖于温度变化而主动可控的超表面全息术，为今后计算全息术的设计与实现提供了新的方案，也推动了超表面在实际应用方面的发展。
太赫兹 计算全息 超表面 多路复用 terahertz computer generated holography metasurface multiplexing
Author Affiliations
Abstract
1 Center for Terahertz Waves and College of Precision Instrument and Optoelectronics Engineering, Key Laboratory of Opto-electronics Information and Technical Science, Ministry of Education, Tianjin University, Tianjin 300072, China
2 School of Electrical and Computer Engineering, Oklahoma State University, Stillwater, Oklahoma 74078, USA
Surface waves (SWs) are a special form of electromagnetic waves that travel along the boundary between a metal and a dielectric. The special optical properties of SWs render them very attractive in applications, such as subdiffractional lithography, novel biochemical sensors, and ultrafast integrated circuitries. Herein, we present a review of our recent progress in excitation and manipulation of terahertz SWs due to interference or coupling between a pair of slit resonators in metasurfaces, showing the ability to devise ultrathin and compact plasmonic components.
240.6680 Surface plasmons 160.3918 Metamaterials Chinese Optics Letters
2018, 16(5): 050002
1 桂林电子科技大学 电子工程与自动化学院, 广西 桂林 541000
2 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 THz波研究中心, 天津 300072
3 广西高校光电信息处理重点实验室, 广西 桂林 541000
随着人工超材料对电磁诱导透明(EIT)现象的成功模拟, 超材料明暗模间的耦合机制引起了广泛关注。回顾了近年来在太赫兹(THz)波段基于人工超材料的明暗模耦合效应的相关研究进展, 包括平面结构EIT效应, 立体结构EIT效应, 明暗模垂直耦合电磁诱导吸收(EIA)效应, 以及表面波非对称激发。组成超材料的单元结构内部的模式耦合机制对超材料的远场近场响应具有决定性的作用, 其不同的耦合机制在光开关、慢光器件、光传感器、片上系统等的设计方面有重大的潜在应用价值。
超材料 明暗模 表面波非对称激发 metamaterials bright and dark modes EIT EIT EIA EIA asymmetric excitation of surface wave 红外与激光工程
2018, 47(1): 0121002
天津大学 精密仪器与光电子工程学院 光电信息技术科学教育部重点实验室 天津大学太赫兹波研究中心, 天津 300072
采用基于高阻硅的曲折线型(meander-line)介质超材料, 设计了一种宽带的太赫兹四分之一波片, 可以在较宽的频率范围内将入射的线偏振太赫兹波转换为圆偏振太赫兹波出射。三维全波模拟显示, 通过恰当地设计超材料微结构的几何尺寸, 可以调节微结构的双折射特性, 进而改变沿微结构两个正交方向偏振的太赫兹波的透射振幅和相位, 使之振幅相近(约0.55), 相位相差90°。实验上,通过离子束刻蚀硅的方法按照设计加工了一个样品, 并利用太赫兹时域频谱系统进行了表征。实验结果和模拟结果吻合得很好,实现了带宽在1.07~1.41 THz范围内有效的四分之一波片, 对应的归一化椭圆率高达0.99, 证实了该设计的有效性。此外, 还通过改变微结构的几何参数, 进一步在模拟上设计了两个在其他太赫兹波段工作的四分之一波片, 证明了该微结构的可调谐特性。
太赫兹 介质超材料 曲折线型微结构 四分之一波片 terahertz dielectric metamaterials meander-line structure quarter wave plate 红外与激光工程
2017, 46(9): 0921002
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 光电信息技术科学教育部重点实验室 天津大学太赫兹波研究中心, 天津 300072
2 中国科学院微电子研究所, 北京 100029
设计了基于介质高阻硅的超材料用于对太赫兹波的透射振幅和相位进行控制。这里组成超材料的基本结构单元为亚波长柱状硅, 相比于基于金属的超材料, 其损耗小, 效率也更高。太赫兹入射到不同尺寸和旋向的柱状硅时, 所透射的太赫兹波的振幅和相位也不同。通过设计不同空间位置处的柱状硅尺寸和旋向, 就可以实现任意的振幅和相位分布, 从而对透射波波前进行完全的控制。实验中, 利用这种硅质微结构设计了三种不同的奇异光栅, 其衍射级次和数目可任意控制。这种基于介质超材料的方法, 设计简单, 加工方便, 在制作太赫兹波段低损耗的功能器件方面有着广泛的应用前景。
振幅和相位控制 介质超材料 太赫兹 奇异光栅 amplitude and phase control dielectric metamaterials terahertz meta-grating 红外与激光工程
2016, 45(4): 0425004
