新疆师范大学 物理与电子工程学院 新疆 乌鲁木齐 830054
为了深入研究波导光栅中电磁波的传输特性, 本文以布拉格光栅为例, 从光场的波动方程出发得到了光栅的耦合模方程, 进而通过求解耦合模方程得到表征光栅特性的2×2矩阵。针对均匀布拉格光栅和取样光栅, 采用MATLAB数值模拟方法研究了各个参数对其反射谱和透射谱的影响。结果表明, 光栅长度、有效折射率以及耦合强度会影响均匀布拉格光栅反射谱和透射谱的峰值、位置和宽高, 光栅段长度、空白段长度以及周期数目会导致取样光栅反射谱的反射峰间隔增减和各级峰值的变化。相关仿真分析可以为光纤光栅传感、分布式布拉格反馈(DBR)激光器、光栅滤波器等设计应用提供理论支撑。
耦合模方程 布拉格光栅 电磁波传输特性 coupled-mode equations Bragg grating electromagnetic wave transfer characteristic 量子光学学报
2023, 29(4): 040501
山东大学机械工程学院高效洁净机械制造教育部重点实验室，山东 济南 250061
使用皮秒激光时，通过改变激光标刻参数，可以在铝合金表面得到不同对比度的黑色图案。通过激光扫描显微镜对实验标刻样本表面进行测量，并通过电磁波理论建模对皮秒激光打黑机理进行分析。研究发现，激光标刻样本宏观基体表面存在微纳尺度的最大高度值不同的密集峰谷形貌。样本表面微纳峰谷形貌的最大高度值越大，表面反射率越低，从而形成对比度较大的黑色图案。通过样本灰度值得到的对比度与理论建模得到的对比度几乎一致，这证实上述机理是激光打黑铝合金的主要原因。
皮秒激光标刻 黑色图案 反射率 对比度 电磁波 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2314005
1 福州大学紫金地质与矿业学院, 福州 350116
2 福建省新能源金属绿色提取与高值利用重点实验室, 福州 350116
铁尾矿是我国大宗工业固废的主要组成部分, 库存量大, 若不加以处理, 将会造成环境污染风险和二次资源浪费, 如何高效资源化利用铁尾矿是安全消纳大宗工业固废的重要保障。本文基于铁尾矿的基本性质和利用途径, 以及电磁吸波原理, 主要介绍了铁尾矿及其改性电磁吸波材料研究, 以及铁尾矿在水泥基吸波混凝土和地质聚合物吸波胶凝材料中的研究, 着重阐述了铁尾矿在水泥基混凝土中的吸波性能和机理研究进展, 探讨了通过地质聚合反应制备铁尾矿基地质聚合物吸波混凝土的可行性及其性能, 可为铁尾矿基地质聚合物在多功能建筑材料方面的应用提供借鉴, 为提高铁尾矿固废资源的综合利用率, 解决尾矿堆积、环境污染等问题提供解决思路。本文旨在总结铁尾矿在吸波建筑材料的研究进展并进一步推动地质聚合物吸波建筑材料的发展。
铁尾矿 电磁吸波混凝土 综合利用 地质聚合反应 反射率 iron tailing electromagnetic wave absorbing concrete comprehensive utilization geopolymerization reaction reflectivity
1 郑州航空工业管理学院材料学院，郑州 450046
2 郑州大学材料科学与工程学院，郑州 450001
3 洛阳理工学院，河南 洛阳 471023
以高熵合金的研究为背景，将构型熵稳定单相的概念引入无机非金属材料，而逐步发展出一种新的陶瓷材料体系——高熵陶瓷。高熵陶瓷的优点是成分和结构的多样性，这使得其有潜能成为广泛应用的功能材料。本工作采用简单易行的固相烧结法合成了具有尖晶石结构和钙钛矿结构的高熵复相陶瓷，并进一步研究了其物相组成、显微结构、元素含量及价态、和电磁波吸收性能，探究了高熵复相陶瓷的吸波性能随烧结温度的变化规律。结果表明：高熵复相陶瓷可成功制备成型，通过高熵效应能够烧结出2种晶体结构(尖晶石结构和钙钛矿结构)。在1 300 ℃的烧结温度下，存在最大的介电常数，在频率范围为X波段8.2~12.4 GHz时，具备最佳的电磁波吸收性能。
高熵陶瓷 尖晶石结构 钙钛矿结构 介电损耗 电磁波吸收性能 high-entropy ceramics spinel structure perovskite structure dielectric loss electromagnetic wave absorption property
武汉科技大学，省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室，武汉 430081
SiC纳米线具有吸波性能强、作用频带宽、密度低的优点，但是由于SiC较差的阻抗匹配条件和较低的电导率，影响了其吸波性能的进一步提高。为了调节SiC的电子结构，改善其电磁性能，以硅微粉、活性炭、La2O3粉末为原料通过碳热还原法在1 600 ℃合成了La3+掺杂SiC纳米线。结果表明：掺杂La3+能够增大SiC纳米线的长径比和堆垛层错密度，增强其形成三维网状结构和界面极化的能力，其介电性能得到了提高。在2~18 GHz范围内，其介电实部由3.08~13.48(x=0)提升至3.33~19.75(x=1.0%)，介电虚部由3.45~6.98(x=0)提升至5.03~11.56(x=1.0%)。同时La3+掺杂提高了SiC纳米线的电导率，增强了其电导损耗。由于SiC纳米线界面极化和电导损耗的同时增强，掺杂2.0%的La3+的SiC纳米线在厚度为2.0 mm时达到了最小反射损耗(RL) -31.46 dB，有效吸收带宽(RL<-10 dB)为7.18 GHz。通过第一性原理计算研究了SiC纳米线及La3+掺杂SiC纳米线的电子结构，结果表明，La3+掺杂后SiC纳米线的带隙减小，验证了其导电性的增强。La3+掺杂能够在引入掺杂元素的同时增大SiC纳米线的堆垛层错密度，克服了掺杂元素时堆垛层错密度降低的现象，为合成高吸波特性SiC纳米线提供了思路。
碳化硅纳米线 镧离子掺杂 电磁波吸收 第一性原理 有效吸收带宽 silicon carbide nanowires lanthanum ion doping electromagnetic wave absorption first principles effective absorption bandwidth
金属有机框架(MOF)衍生的多孔金属/碳复合材料由于具有大的表面积和孔体积，引起了电磁波吸收领域研究者的广泛关注。本文采用溶剂热法合成双金属NiCo-MOF，再通过煅烧制备了具有Yolk-shell结构的NiCo/C复合材料，采用SEM、XRD、拉曼光谱以及磁强计（VSM）等分析方法对比研究了不同Ni、Co质量比对NiCo/C复合材料吸波性能的影响。结果表明，随着Ni、Co质量比的变化，吸波性能发生了显著的改变。在9.4 GHz的频率下，Ni1Co1/C复合材料的性能达到最佳，最小反射损耗为-56.8 dB，有效吸收带宽为5.5 GHz。分析该复合材料的吸波机理发现，电磁波的多重反射、界面极化损耗、自然共振和交换共振是导致其吸波性能提高的重要原因。本文的研究结果为纳米多孔双金属MOF复合材料的制备与性能研究提供了研究思路。
Yolk-shell结构 电磁波吸收性能 金属有机框架 NiCo合金 NiCo/C复合材料 反射损耗 Yolk-shell structure electromagnetic wave absorption performance metal organic framework NiCo alloy NiCo/C composite reflection loss
Author Affiliations
Abstract
1 MOE Key Laboratory of Material Physics and Chemistry under Extraordinary Conditions, and Shaanxi Key Laboratory of Optical Information Technology, School of Physical Science and Technology, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710129, China
2 State Key Laboratory of Transient Optics and Photonics, Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710119, China
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Metasurfaces, with extremely exotic capabilities to manipulate electromagnetic (EM) waves, have derived a plethora of advanced metadevices with intriguing functionalities. Tremendous endeavors have been mainly devoted to the static metasurfaces and metadevices, where the functionalities cannot be actively tuned in situ post-fabrication. Due to the intrinsic advantage of active tunability by external stimulus, graphene has been successively demonstrated as a favorable candidate to empower metasurfaces with remarkably dynamic tunability, and their recent advances are propelling the EM wave manipulations to a new height: from static to dynamic. Here, we review the recent progress on dynamic metasurfaces and metadevices enabled by graphene with the focus on electrically-controlled dynamic manipulation of the EM waves covering the mid-infrared, terahertz, and microwave regimes. The fundamentals of graphene, including basic material properties and plasmons, are first discussed. Then, graphene-empowered dynamic metasurfaces and metadevices are divided into two categories, i.e., metasurfaces with building blocks of structured graphene and hybrid metasurfaces integrated with graphene, and their recent advances in dynamic spectrum manipulation, wavefront shaping, polarization control, and frequency conversion in near/far fields and global/local ways are elaborated. In the end, we summarize the progress, outline the remaining challenges, and prospect the potential future developments.
metasurface dynamic metasurface graphene graphene plasmons light field manipulation electromagnetic wave manipulation Opto-Electronic Advances
2022, 5(4): 200098
渭南师范学院 物理与电气工程学院, 陕西 渭南 714099
根据半导体光电子学理论, 分析了光注入非平衡载流子（电子-空穴对）的瞬态输运机理, 研究了不同条件下的SI-GaAs光电导偶极天线太赫兹波辐射功率和辐射强度的饱和效应。结果表明其主要原因是在外加偏置电场作用下, 光注入载流子出现了空间电荷电场屏蔽和辐射电场屏蔽现象, 对提高太赫兹波辐射功率和辐射强度起到了遏制作用。对于电极间隙大小不同的天线, 两种屏蔽效应的作用不同; 在触发光能一定的情况下, 照射光斑较大时屏蔽效应较小。
光电导天线 太赫兹波 载流子 饱和效应 photoconductive antenna THz electromagnetic wave carrier saturation effect
1 浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室，浙江大学光电科学与工程学院，教育部光子学国际合作联合实验室，浙江 杭州 310027
2 浙江大学 浙江省先进微纳器件智能系统研究省重点实验室，浙江大学信息与电子工程学院，浙江 杭州 310027
3 杭州纳境科技有限公司，浙江 杭州 310012
传统光学透镜及光学系统基于光传播效应实现电磁波调控功能，其体积较大、不易集成。而超表面是由人工亚波长尺度单元构成的二维平面结构，由于其相对于传统透镜具有超薄的优势，并且可以实现对光场的任意调控，近年来在光学成像领域得到广泛研究和应用。本文阐述了超表面透镜的工作原理，分析了超表面成像透镜的单色像差和色像差成因以及对应的像质评价方法，之后综述了超表面成像透镜的研究现状及应用，最后总结了超表面在成像领域尚且存在的问题及其未来发展方向。超表面透镜便于集成、设计自由度高，有望在诸多应用领域取代传统成像器件，基于超表面的高效率、大视场、宽带、可重构可调谐成像器件将成为其未来重要发展方向。
超表面 成像 电磁波调控 像差 像质评价 metasurface imaging electromagnetic wave manipulation aberration image evaluation
