1 山西大学物理电子工程学院,山西 太原 030006
2 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
3 山西大学极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
设计了一种基于二氧化钒的动态可调谐的红外线超宽带吸收器。数值模拟表明:对于横磁(TM)波,当入射角由0?增加到60?时,在17~55 μm波长范围内,吸收器的吸收率可以保持在90%左右;对于横电(TE)波,当入射角由0?增加到55?时,在10~55 μm波长范围内,依然可以实现90%左右的高效吸收;当TM波或TE波垂直入射时,在16~60 μm波段,吸收率大于90%,吸收带宽可以达到54 μm。当二氧化钒的电导率从20 S/m逐渐变化到2×105 S/m时,超宽带吸收器可转换为多峰吸收器。与之前报道过的基于二氧化钒的吸收器相比,所设计的吸收器的带宽和可调性得到了显著改善。该吸收器有望在偏振探测器、热辐射器、红外传感器等领域中得到应用。
表面光学 红外线吸收器 超宽带吸收器 VO2 LiF TiO2 表面等离子体共振 中国激光
2023, 50(19): 1913001
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所,安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学,安徽 合肥 230036
为了使光谱仪能同时兼顾宽吸收光谱范围和高光谱分辨率两种特性,搭建了一台近红外虚像相位阵列光谱仪,单帧谱宽约为25 nm(140 cm-1),光谱分辨率为4.5 pm(0.024 cm-1),结合改进的旋转光栅结构,实现了1.26~1.50 μm的宽光谱检测。使用超连续光源及光学吸收多通池,在1.43~1.45 μm处,以CO2为例开展了宽带高分辨光谱测量技术研究,使用图像增强算法提高了弱吸收的光谱提取精度,考虑光谱仪的仪器展宽进而提升了气体参数反演准确度。实测光谱与理论光谱的对比结果验证了系统测量的准确性与可靠性。
虚像相位阵列光谱仪 宽带吸收光谱 高分辨率 CO2探测 光学学报
2023, 43(18): 1899914
内蒙古大学电子信息工程学院, 内蒙古 呼和浩特 010021
太赫兹超材料吸收器作为一种重要的太赫兹功能器件, 被广泛应用于生物医学传感、 电磁隐身、 军用雷达等多个领域。 但这种传统的超材料吸收器结构具有可调谐性差、 功能单一、 性能指标不足等缺点, 已经无法满足复杂多变的电磁环境的要求, 因此可调谐超材料吸收器逐渐成为了太赫兹功能器件领域的研究热点。 为实现超材料吸收器吸收特性的调谐, 通常从调节谐振单元或基底材料的电磁特性或调节超材料结构单元的几何尺寸两个方面出发。 设计了一种基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹宽带可调谐超材料吸收器。 该吸收器由工字型二氧化钒谐振层、 连续石墨烯层和被Topas介质隔开的金属反射层组成。 数值模拟结果表明, 当二氧化钒材料处于全金属状态(电导率为200 000 S·m-1)且石墨烯的费米能级设为0.1 eV时, 吸收率超过90%的吸收带宽达到了2.8 THz。 通过调节石墨烯的费米能级, 使其在0.1~0.3 eV之间变化时, 该吸收器的工作频率发生了明显的蓝移。 由于二氧化钒材料从绝缘状态到金属状态的相变特性, 通过控制电导率使其在100~200 000 S·m-1之间变化时, 所提出的宽频结构在反射器和吸收器两种工作状态之间自由切换。 此外, 还分别监测了该超材料吸收器在1.87, 3.04和4.16 THz三个完美吸收峰处的表面电流分布, 讨论了其工作机理。 所设计的结构通过石墨烯和二氧化钒两个独立可调“开关”实现了对吸收器工作频率和吸收振幅的双重控制, 为设计多功能太赫兹器件提供了新的发展思路。
太赫兹 可调谐 宽带吸收器 石墨烯 二氧化钒 Terahertz Tunable Broadband absorber Graphene Vanadium dioxide 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1257
红外与激光工程
2022, 51(12): 20220275
1 合肥工业大学光电技术研究院特种显示与成像技术安徽省技术创新中心,安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院测量理论与精密仪器安徽省重点实验室,安徽 合肥 230009
提出一种基于导电塑料膜谐振结构的超材料宽带吸波体。吸波体采用介质层-膜单元阵列-介质层的三层结构模型,其中上层介质兼具阻抗匹配和保护电阻膜谐振结构的作用。所采用的导电塑料膜片与基于导电墨水的电阻膜结构相比,不仅克服了加工过程中墨水厚度不均匀对方阻的影响,还可兼容激光刻蚀工艺,进而提高了谐振结构的加工精度。模拟结果表明,该吸波体在6.9~22.7 GHz的频率范围内,可以保持90%以上的入射波吸收率,相对吸收带宽为106.8%。此外,所提结构对入射波的极化特性不敏感,且对宽角入射的电磁波仍能在宽频带内实现高效吸收。更为重要的是,所提结构中的电阻膜谐振结构与介质基板可以独立加工,这种积木拼搭式的加工方案不仅节省了制备时间,还使得基底材料的选择不再受电阻膜加工的制约,为发展宽带超材料吸波体提供了新的思路。
材料 导电塑料膜 超材料 吸波体 宽带吸收 宽角稳定性 光学学报
2022, 42(22): 2216001
1 南京邮电大学电子与光学工程学院,江苏 南京 210023
2 南京邮电大学贝尔英才学院,江苏 南京 210023
为了解决宽带吸收器结构设计复杂的问题,提出了一种结构简单、偏振不敏感、吸收性能优良的超材料太赫兹宽带吸收器。该吸收器采用对称结构设计,以金属层--介质层--金属层的三层架构为基础。其中,介质层中嵌入了两个不同尺寸的圆形金属片,从而形成多层结构。采用频域有限元法(Frequency Domain Finite Element Method, FEM)分析了该吸收器的宽带吸收率、偏振敏感性和入射角度等特性。仿真结果表明: 该吸收器可以实现5.86~7 THz的宽带吸收,吸收带宽为1.14 THz,带宽内的吸收率在95%以上,且对于垂直入射的电磁波偏振并不敏感,在一定入射角度内依然保持宽带吸收。该吸收器结构设计简单且具有优良的性能,在太赫兹成像和电磁隐身等领域中具有重要的应用价值。
太赫兹 超材料 多层结构 偏振不敏感 宽带吸收器 terahertz metamaterial multilayer structure polarization-insensitive broadband absorber
1 安徽建筑大学机械与电气工程学院,安徽 合肥 230601
2 安徽建筑大学建筑机械故障诊断与预警重点实验室,安徽 合肥 230601
3 工程机械智能制造重点实验室,安徽 合肥 230601
4 中国矿业大学(北京)网络与信息中心,北京 100083
为了实现宽带吸波器的动态可调功能,设计出一种由顶层“方环内嵌十字”、二氧化硅介质层以及二氧化钒薄膜底层组成的对称吸波器结构。在2~4 THz范围内,通过调节二氧化钒薄膜底层的电导率可以实现由低于10%的吸收效率调整至高于90%的吸收效率,切换调制深度大于65%。在宽频带范围内,可以实现动态切换该器件的反射和完美吸收功能。仿真结果表明,该吸波器具有宽角度特性和极化不敏感特性,入射角度范围达到75°。基于以上优点,该吸收器在智能衰减器、反射器以及空间调制器等太赫兹器件应用方面有巨大的潜力。
材料 二氧化钒 宽带吸收器 可切换功能 极化不敏感特性 太赫兹 激光与光电子学进展
2021, 58(13): 1316001