衢州职业技术学院 信息工程学院，衢州 324002
为了实现红外波段的双频带完美吸收，采用将不同电子掺杂浓度的单层带状黑磷在同一平面内交错排列的方法，进行了理论分析和仿真模拟，得到了此器件在红外波段的吸收光谱和传感性能。结果表明，此吸收体可以在波长2 μm~5 μm的红外波段范围内实现双频带的完美吸收（吸收率大于99.9%）,此高吸收率是由于入射光波与器件满足了临界耦合条件而形成了共振加强; 在共振波长处，光波被限制在黑磷附近; 此超材料吸收体的双频带特性在其作为传感器使用时具有独特的优势，可以提高传感器的可靠性和准确性; 吸收波峰的偏移量与覆盖在此器件上的未知物质的折射率基本呈线性关系，用此器件测得的未知物质的折射率与实际的折射率的误差在1%以内。该超材料吸收体结构简单，对制作工艺的尺寸精确度要求不高，在红外波段的多频带吸收和传感检测方面将会有广泛的应用。
光谱学 黑磷 双频带 超材料 完美吸收 传感 spectroscopy black phosphorus dual-band metamaterial perfect absorption sensing
1 信息光子学和空间光通信湖南省重点实验室，湖南理工学院信息科学与工程学院，湖南 岳阳 414006
2 湖南第一师范学院物理与化学学院，湖南 长沙 410205
本文提出了一种一维四元周期性宇称?时间（PT）对称结构，系统地研究了增益?损耗系数、入射角和周期数对相干完美吸收激光点和奇异点这两类光学简并点的影响规律。当周期数一定时，通过改变增益?损耗系数可以在不同的入射角下灵活地调控相干完美吸收激光点和奇异点这两类光学简并点。对比分析了PT对称引起的奇异点以及与周期结构相关的Bragg共振点处的反射特性，结果显示：当光束分别沿着左右两边入射时，在奇异点处只有一个方向入射的反射率为0，从而表现为单向无反射特性；而Bragg共振点处的反射率在光分别沿着左右两边入射时都为0，从而表现为双向透明特性。进一步研究了周期数对两类光学简并点的影响，发现相干完美吸收激光点数目随着周期数的增加而增多，而奇异点数目则不受周期数的影响。最后，利用光学简并点的可控特性实现了光自旋霍尔效应等光学现象的操控。
非线性光学 PT对称结构 简并点 奇异点 相干完美吸收激光点 中国激光
2023, 50(22): 2213001
Author Affiliations
Abstract
1 School of Optical-Electrical and Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
2 Shanghai Key Laboratory of Modern Optical System, Shanghai 200093, China
We propose an ultra-broadband near- to mid-infrared (NMIR) tunable absorber based on VO2 hybrid multi-layer nanostructure by hybrid integration of the upper and the lower parts. The upper part is composed of VO2 nanocylinder arrays prepared on the front illuminated surface of quartz substrate, and VO2 square films and VO2/SiO2/VO2 square nanopillar arrays prepared on the back surface. The lower part is an array of SiO2/Ti/VO2 nanopillars on Ti substrate. The effects of different structural parameters and temperature on the absorption spectra were analyzed by the finite-difference time-domain method. An average absorption rate of up to 94.7% and an ultra-wide bandwidth of 6.5 μm were achieved in NMIR 1.5–8 μm. Neither vertical incident light with different polarization angles nor large inclination incident light has a significant effect on the absorption performance of the absorber. The ultra-broadband high absorption performance of this absorber will be widely used in NMIR photodetectors and other new optoelectronic devices.
Broadband absorber Vanadium dioxide Perfect absorption Metamaterials Thermal tuning Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2023, 19(1): 2022017
红外与激光工程
2022, 51(7): 20220224
1 浙江大学光电科学与工程学院光及电磁波研究中心，浙江 杭州 310058
2 浙江大学上海高等研究院，上海 201203
近年来，随着超材料研究的发展，中红外波段的吸波超表面得到了快速发展，其应用潜力也不断被发掘。本文首先介绍了不同类型的中红外吸波超表面及其工作机理，然后回顾了在热辐射源、热隐身和探测器等应用中吸波超表面的应用方式和优势，最后总结现有的挑战并对将来的发展进行了展望。
探测器 中红外波段 超表面 完美吸收 热辐射 热隐身 光学学报
2022, 42(17): 1704001
2上海交通大学物理与天文学院, 上海 200240
利用非晶硅纳米圆柱团超表面,模拟实现了可见光波段的双峰近完美吸收效应。采用离散偶极子近似法,研究了电偶极、磁偶极和电四极对纳米圆柱团超表面散射截面的贡献。模拟分析了非晶硅纳米圆柱团超表面的透射、反射和吸收光谱和电场分布,调整电偶极、磁偶极和电四极米氏共振光谱使其重合并产生相干耦合作用,进而产生电场局域增强效应,实现可见光波段双峰近完美吸收效应,且其对入射角不敏感。非晶硅纳米圆柱团超表面双峰近完美吸收效应具有低损耗、角度不敏感等特性,有望被应用于光学隔离、能量采集等纳米光子学领域。
表面光学 米氏共振 近完美吸收 超表面 非晶硅 光学学报
2021, 41(22): 2224001
Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics and Electronics, Hunan University, Changsha 410082, China
2 College of Traffic Engineering, Hunan University of Technology, Zhuzhou 412007, China
3 College of Electrical and Information Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China
In this article, we investigate the phenomenon of coherent perfect absorption (CPA) with bulk Dirac semimetal (BDS) thin film. CPA of BDS appears at the frequency of 43.89 THz with 0° phase modulation of two coherent input lights. Meanwhile, it shows that CPA can be realized under oblique incidence circumstances for both TM and TE polarizations. Moreover, the frequency of CPA can be adjusted by altering the thickness of BDS thin film, and the dynamic regulation of CPA can be realized by changing the Fermi energy. Finally, the peak coherent absorption frequency can be controlled by changing the degeneracy factor.
coherent perfect absorption bulk Dirac semimetal thin film phase modulation Chinese Optics Letters
2021, 19(8): 081601
中国电子科技集团第三十八研究所 博微太赫兹信息科技有限公司，安徽 合肥 230088
基于电偶极共振设计了一种工作在W波段、对极化不敏感的宽带吸收超材料。宽带吸波超材料基于不同尺寸铜箔排列构成的周期阵列，在结构上高度对称。通过时域有限差分算法，对超材料在W波段的吸收性能进行仿真，通过电场和电荷分布探讨了导致共振吸收的物理机制。最后，利用印制电路板工艺加工实现了设计的超材料结构，并给出关于吸收性能的仿真与实验结果的对比。实验结果表明，超材料在W波段平均吸收率达到84.7%，与仿真结果接近。
超材料 完美吸收 极化 metamaterial perfect absorption polarization 太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(6): 974
1 华南理工大学电子与信息学院，广东 广州 510640
2 华南农业大学工程学院，广东 广州 510642
超表面是一种可实现多功能超常电磁调控的超薄型二维阵列平面。它由超材料结构单元组成，可以灵活有效地操控电磁波的相位、极化方式、传播模式等特性，因而在可控智能表面、新型波导结构、电磁波吸收和小型谐振器件等方面展现了广阔的应用前景。本文介绍了超表面的基本概念和背景，同时总结论述了红外和太赫兹波段下，实现完美吸收表面、宽带吸收以及可调吸收等几种超表面器件的设计与发展思路，最后对其潜在问题以及未来趋势进行讨论。
超表面 完美吸收 宽带吸收 可调谐超表面 metasurface perfect absorption broadband absorption tunable metasurface
