1 江南大学理学院光电科学与工程系, 江苏 无锡 214122
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
超构表面可看成二维超构材料, 能够在表面空间内控制光场分布。可调谐超构表面作为新的设计需求成为目前热门研究领域。利用动态可调谐的超构表面对光场的相位、偏振、强度等维度精准调控, 以及调控光场与物质的相互作用研究是当前基础科学与多学科融合发展的前沿研究。系统介绍了动态可调谐超构表面在结构色、偏振转换、完美吸收、图像处理等光场多维度调控及应用方面取得的最新研究进展, 总结了可调谐超构表面的研究前沿与应用前景。
可调谐超构表面 微纳光子器件 人工微纳结构 光场调控 器件设计 active metasurface micro-nano photonic device artificial nano-structure spectral control device design
江南大学 理学院 光电科学与工程系, 江苏 无锡 214122
可动态调谐的集成光学器件在成像、显示等领域拥有良好的应用前景。提出一种新颖的基于可拉伸衬底的动态调谐氧化钛-聚合物微纳结构滤波器, 该结构表面可利用电子束蒸发沉积与剥离技术制作,使用时域有限差分法(FDTD)模拟优化结构参数,分析了滤波效果及其物理规律。分析结果表明: 通过拉伸衬底, 所设计的滤波器结构能够在可见光波段上实现全波段滤波, 并且具有超高反射率, 反射率大部分处于95%以上, 最高可达99.1%。这为利用沉积剥离技术制备动态调谐滤波器阵列的实验提供了理论支持。相较于静态调谐的滤波器一旦定型即结构无法更改的缺点, 提出的动态调谐结构在器件定型后依然可以进行实时调控。
超表面 动态调谐 机械拉伸 滤波器 metasurface dynamic tuning mechanical stretching filter
Author Affiliations
Abstract
1 School of Science, Jiangnan University, Wuxi 214122, China
2 School of Mathematics & Physics Science, Xuzhou University of Technology, Xuzhou 221018, China
3 State Key Laboratory of Millimeter Waves, Southeast University, Nanjing 210096, China
We propose a plasmonic sensor with variable refractive index (RI), which exhibits high sensitivity and extraordinary optical transmission (EOT). Its variable RI is attributed to its dielectric layers and metallic slit arrays. According to simulation results, the third resonant wavelength has a wavelength sensitivity of 800 nm/RIU and an ultra-high transmittance of 0.8 by adjusting the RIs of the upper and lower dielectrics, incident light angle, and structural geometric parameters. With its unique features, the proposed structure holds considerable potential for extensive application to metal–dielectric grating sensors operating at visible and near-infrared frequencies.
230.3990 Micro-optical devices 250.5403 Plasmonics Chinese Optics Letters
2018, 16(3): 032301
Author Affiliations
Abstract
1 School of Science, Nanjing University of Science & Technology, Nanjing 210094, China
2 School of Mathematics & Physics Science, Xuzhou Institute of Technology, Xuzhou 221008, China
3 School of Science, Jiangnan University, Wuxi 214122, China
The tunable multiple plasmon-induced transparency (PIT) effect is investigated numerically in a metal-insulator-metal (MIM) waveguide with three side-coupled rectangular resonators. The system exhibits dual-mode PIT effects in the visible and near-infrared regions. By adjusting the geometrical parameters of the structure, we can manipulate not only each single PIT window, but also the double PIT windows simultaneously. Our structures may have potential applications for optical communication, integrated optics, and optical information processing. The finite element method (FEM) illustrates our theoretical design.
230.3990 Micro-optical devices 240.6680 Surface plasmons 250.5403 Plasmonics Chinese Optics Letters
2016, 14(5): 052302
设计了一种可调的等离子体诱导透明(PIT)效应的双槽谐振器的金属-绝缘体-金属(MIM)表面等离子体波导结构。利用微腔共振模式实现对表面等离子体在波导中传输操控。分别改变槽的长度，两槽之间的距离和槽填充材料的介电常数实现特定滤波效应，结合电场分布分析表面等离子体在波导中共振产生的电磁诱导透明现象，并设计动态可调的等离子体诱导透明效应器件。利用有限元法(FEM)对设计进行数值模拟。
光学器件 等离子体波导 金属-绝缘体-金属结构 等离子体诱导透明 有限元法 激光与光电子学进展
2016, 53(1): 012302
提出了金属-介质-金属(MIM)结构三缝、四缝波导结构的增强型可见光分束器。利用表面等离子体效应及经典光学干涉原理，改变多缝波导结构中的填充介质、结构厚度、狭缝宽度及缝宽度等参数，可使波长不同的两束可见光通过多缝亚波长结构后实现分束效果。利用时域有限差分(FDTD)法进行数值模拟，发现多狭缝结构比双缝结构有更高的分束比。上述设计结构可以通过电子束刻蚀系统等实验设备加工，可应用于集成光学及光通信领域。
光学器件 表面等离子体激元 分束器 金属-介质-金属结构 时域有限差分法 多狭缝 激光与光电子学进展
2015, 52(10): 102302
理论设计了带有扇环共振微腔的弯曲金属-介质-金属(MIM)波导结构，利用共振微腔结构控制表面等离子体波在扇环直角顶点处的定向传播。通过有限时域差分(FDTD)法计算带有扇环微腔结构的直波导透射率与波长关系，并计算扇环微腔结构与传播波导间的间隔对光学性质的影响，发现此微腔波导结构具有较高的透射率，可以在特定波长位置实现滤波效果。基于上述理论设计三路、四路弯曲波导结构，实现表面等离子体波在弯曲波导处的分束、全反射等定向传输特性。该结构具有极强的光束缚效应，在纳米尺度对光进行传输，解决了光信号的反射、传输问题，在光集成、光通讯、光信息处理等方面有较好的应用前景。
光学器件 表面等离子体金属-介质-金属结构 光波导 光学谐振腔
1 江南大学 物联网工程学院, 江苏 无锡 214122
2 江南大学 理学院, 江苏 无锡 214122
介绍了石墨烯光子学在等离子体激元光学和光电器件领域的最新进展, 主要是石墨烯光子学在硅平台上实现光路选择和放大等光通信方面应用, 及由此设计的宽带偏振器、宽带调制器和宽带光电探测器等光学元器件。
石墨烯 等离子体激元 光子学 graphene plasmons polaritions photonics
利用表面等离子体调控光束传输，在微纳集成光学及光通信领域有广泛应用。提出了一种狭缝中填充液晶的金属微纳阵列结构理论设计。利用表面等离子体传输效应，通过设定狭缝宽度、外加电场改变液晶的方位角控制相位延迟等参数，设计不同新颖效果的金属微纳光学透镜。利用时域有限差分(FDTD)法对三狭缝、六狭缝及五狭缝阵列结构进行数值模拟表明，上述结构分别实现光束偏转、光分束及光聚焦效果。偏转角、分束角及焦点位置随着狭缝宽度及方位角的改变而变化，从而实现对光束的调控作用。设计结构简单，可以通过电子束刻蚀系统等实验设备加工，具有较好的应用前景。
表面光学 表面等离子体 时域有限差分法 光束调控 液晶 激光与光电子学进展
2014, 51(12): 122401
基于金属-电介质-金属结构, 提出了一种带有支节的表面等离子体T型分束器, 采用有限时域差分法研究其透射率与结构参量之间的关系.计算结果表明: 改变T型波导中支节的宽度和长度, 输出波导表面等离子体功率周期性变化; 改变支节在T型波导支路中的纵向位置, 金属-电介质-金属波导中表面等离子体分束比周期性变化; 当分束比达到最大(或最小)时, T型分束器实现表面等离子体的定向传播.此外, 采用表面等离子体干涉理论解释了分束比呈周期性变化的原因.
表面等离子体 分束器 时域有限差分法 有效折射率 波导 传播特性 Surface plasmons Splitter Finite-difference time-domain Effective refraction index Waveguide Property of propagation
