超構(gòu)
- 基于相變材料GST與孔徑共享寬帶寬消色差透鏡的設(shè)計(jì)
生器[6-8]、超構(gòu)透鏡[9-11]、全息圖像[12-13]、光束偏折器[14-15]等。雖然超表面具有廣泛的應(yīng)用前景,但是由于超表面結(jié)構(gòu)共振相位不同,并且不同波長(zhǎng)下超表面所表現(xiàn)出的折射率不同等因素,導(dǎo)致超構(gòu)透鏡具有色散現(xiàn)象,同時(shí)基于此的光學(xué)器件成像質(zhì)量下降?？茖W(xué)研究者們對(duì)解決超構(gòu)透鏡中出現(xiàn)的色散現(xiàn)象不論是在材料選取上還是超表面諧振單元排列方式上都做了大量的實(shí)驗(yàn),但是對(duì)于設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)寬帶寬的消色差超構(gòu)透鏡仍然存在諸多挑戰(zhàn)。為了解決色差問(wèn)題,2018年,Saja
西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2023年6期2024-01-03
- 基于超構(gòu)表面的光譜成像及應(yīng)用研究進(jìn)展
世紀(jì)初出現(xiàn)了關(guān)于超構(gòu)表面的研究[13]，作為由亞波長(zhǎng)小單元組成的大面積納米結(jié)構(gòu)，超構(gòu)表面具有可塑性強(qiáng)、靈活度高、易集成的特點(diǎn)。2011 年，Capasso 小組提出了廣義斯涅爾定律[14]，由此拉開(kāi)了超構(gòu)表面研究熱潮的序幕。通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化共振相位、傳輸相位和幾何相位，超構(gòu)表面可以有效調(diào)制入射光的光學(xué)參數(shù)，如振幅、相位和偏振[15-16]。由于超構(gòu)表面在光場(chǎng)調(diào)控方面表現(xiàn)出的優(yōu)異性質(zhì)，因此可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)折射或衍射光學(xué)難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜功能，如全息顯示[17]、消色差透
光電工程 2023年8期2023-11-13
- 面向偏振成像的超構(gòu)表面研究進(jìn)展
件的結(jié)構(gòu)維度，而超構(gòu)材料（Metamaterials）的出現(xiàn)為解決這一難題提供了新的范式。超構(gòu)材料是通過(guò)對(duì)天然材料進(jìn)行加工，在其表面或內(nèi)部形成周期性排列的亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)陣列獲得的[59]。由于其性質(zhì)源于內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)，而非化學(xué)組成，通過(guò)調(diào)整亞波長(zhǎng)單元的幾何參數(shù)和組合方式，可以獲得自然界中不存在的電磁響應(yīng)性質(zhì)。2001 年，加州大學(xué)的Smith 等[60]采用印刷電路板工藝，以銅線和開(kāi)口諧振環(huán)的組合圖形為結(jié)構(gòu)單元，制造出具有負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率的結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了
中國(guó)光學(xué) 2023年5期2023-10-07
- 基于功率放大器的寬帶非互易超表面設(shè)計(jì)
24]。即在一個(gè)超構(gòu)單元中放置兩個(gè)貼片結(jié)構(gòu),并在兩個(gè)貼片結(jié)構(gòu)之間加載晶體管,提出反射增強(qiáng)型超表面。在3.85～4.3 GHz 頻段內(nèi),該超表面針對(duì)特定入射方向的電磁波實(shí)現(xiàn)5.8 dB 的反射增益。此外,學(xué)者圍繞不同極化類型電磁波的非互易式調(diào)控開(kāi)展深入研究。2021 年,華南理工大學(xué)車文荃教授團(tuán)隊(duì)提出雙極化非互易空間放大有源超表面[25]。該超構(gòu)單元中的貼片結(jié)構(gòu)由兩個(gè)正交的T 型微帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行耦合饋電,并將兩個(gè)晶體管放置在一對(duì)正交微帶線上,從而針對(duì)雙極化電磁波
電子元件與材料 2023年7期2023-08-31
- 一種吸收效率可調(diào)的電磁超構(gòu)材料設(shè)計(jì)
000）0 引言超構(gòu)材料（Metamaterials）不同于自然界中常見(jiàn)的天然材料，它是一種具有超常的物理特性的人工復(fù)合材料或復(fù)合結(jié)構(gòu)，從原子和分子設(shè)計(jì)出發(fā)，經(jīng)過(guò)繁復(fù)的人工設(shè)計(jì)及制備過(guò)程，形成一種復(fù)合型或混合型的材料體系，這種材料體系往往具有人造微結(jié)構(gòu)單元周期排布的形式。超構(gòu)材料的概念從提出至今，已經(jīng)有50多年的時(shí)間。最初超構(gòu)材料主要應(yīng)用于負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率的研究［1-5］。而后，超構(gòu)材料被廣泛應(yīng)用于各類學(xué)科領(lǐng)域，譬如隱身斗篷［6］，異常折反射［7］，完
浙江經(jīng)濟(jì) 2023年1期2023-02-20
- 基于相位梯度超構(gòu)光柵的光學(xué)超構(gòu)籠子*
006)相位梯度超構(gòu)光柵為自由操控光或者電磁波傳播,以及設(shè)計(jì)新型功能光子器件提供新的思路.基于突變相位概念和梯度超構(gòu)光柵中的異常衍射規(guī)律,本文設(shè)計(jì)和研究了一種亞波長(zhǎng)金屬超構(gòu)籠子.通過(guò)數(shù)值模擬和嚴(yán)格的解析計(jì)算發(fā)現(xiàn)超構(gòu)籠子囚禁光的能力與周期內(nèi)單元個(gè)數(shù) m 的奇偶性有關(guān).當(dāng)單元個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí),放在超構(gòu)籠子中的點(diǎn)源幾乎可以無(wú)阻礙地輻射至籠子外面;而當(dāng)單元個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí),放在超構(gòu)籠子中的點(diǎn)源幾乎無(wú)法輻射到籠子外面,即所有能量都被局域在籠子中.本研究可以為新型雷達(dá)天線罩和
物理學(xué)報(bào) 2023年2期2023-02-18
- 長(zhǎng)焦深與偏振可控的太赫茲超構(gòu)表面透鏡
93）引 言光學(xué)超構(gòu)表面是超材料的二維體現(xiàn)，以能夠輕易地操控電磁波前和易于制造的優(yōu)勢(shì)受到了廣大研究者的研究。超構(gòu)表面通過(guò)在亞波長(zhǎng)范圍內(nèi)引入相位的突變來(lái)調(diào)控光波的振幅，相位和偏振態(tài)。近年來(lái)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了越來(lái)越多的超構(gòu)表面器件，例如平面超構(gòu)透鏡[1-4]，波片[5-6]，分束器[7]，全息超表面[8-12]，渦旋光束研究[13-16]。超構(gòu)表面是一種新型且能代替?zhèn)鹘y(tǒng)大尺寸元件的二維材料，在光學(xué)系統(tǒng)集成化，小型化方面有著潛在的應(yīng)用。長(zhǎng)焦深透鏡具有高容忍成像的特點(diǎn)，主
光學(xué)儀器 2022年6期2023-01-15
- 基于相關(guān)性選擇的微型計(jì)算光譜探測(cè)技術(shù)
體積龐大等問(wèn)題。超構(gòu)表面是一種可對(duì)電磁波光譜、振幅和相位進(jìn)行靈活調(diào)控的人工結(jié)構(gòu)功能材料，因具有結(jié)構(gòu)緊湊、對(duì)電磁波靈活調(diào)控等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)[12-14]，超構(gòu)表面已被廣泛應(yīng)用于三維全息[15-17]、光譜檢測(cè)[18-20]、超構(gòu)透鏡[21-26]、超分辨率成像[27-29]等領(lǐng)域。為解決傳統(tǒng)光譜成像系統(tǒng)存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以小型化的問(wèn)題，來(lái)自清華大學(xué)Cui 團(tuán)隊(duì)、威斯康辛大學(xué)Yu 團(tuán)隊(duì)及其它團(tuán)隊(duì)的研究人員已提出了一些基于超構(gòu)表面的計(jì)算型快照式光譜成像系統(tǒng)[30-37
光電工程 2022年10期2022-12-02
- 鈮酸鋰超構(gòu)表面：制備及光子學(xué)應(yīng)用
3501 引 言超構(gòu)表面是由亞波長(zhǎng)尺寸的超構(gòu)單元構(gòu)建的二維表面，能夠靈活地對(duì)電磁場(chǎng)的局域分布進(jìn)行調(diào)控，在近年來(lái)受到了廣泛的關(guān)注[1-2]。通過(guò)對(duì)超構(gòu)單元的納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，二維超構(gòu)表面能夠以亞波長(zhǎng)分辨率控制電磁波的偏振、相位和振幅等特性[3]。相較于三維超構(gòu)材料，二維超構(gòu)表面不僅能夠極大地緩解傳統(tǒng)超構(gòu)材料中積累的高阻損耗，并且規(guī)避了復(fù)雜的三維納米結(jié)構(gòu)的制造要求。此外，亞波長(zhǎng)厚度的超構(gòu)表面具有顯著的集成優(yōu)勢(shì)，使研制具備多種光學(xué)功能的超緊湊光子器件成為可能
光電工程 2022年10期2022-12-02
- 光學(xué)超構(gòu)表面異常偏折研究進(jìn)展
觀排列方式組成的超構(gòu)材料[1］，通過(guò)設(shè)計(jì)人工原子和人工原子的序，可以實(shí)現(xiàn)材料介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的定向設(shè)計(jì)[2］?；诖耍?span id="syggg00" class="hl">超構(gòu)材料可以實(shí)現(xiàn)各種奇特的電磁調(diào)控，例如負(fù)折射和隱身等[3-4］。盡管三維超構(gòu)材料在長(zhǎng)波領(lǐng)域取得了巨大的成功，但由于光頻三維超構(gòu)材料損耗大、難以實(shí)際制備，限制了其實(shí)際應(yīng)用。超構(gòu)表面是一種由平面型人工原子按特定宏觀排列方式構(gòu)建而成的二維超構(gòu)材料[5-6］，具有損耗低、可制備和易集成等特點(diǎn)，已經(jīng)成為研究光波調(diào)控的新平臺(tái)[7-10］。通過(guò)在亞波長(zhǎng)
光學(xué)精密工程 2022年21期2022-11-25
- 電調(diào)超構(gòu)表面研究進(jìn)展（特邀）
微納結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的超構(gòu)表面在光場(chǎng)調(diào)控方面表現(xiàn)出顯著的優(yōu)越性，已經(jīng)被證明是調(diào)制電磁波基本特性的有力平臺(tái)。這些平面光學(xué)元件可以將電磁能量局域在亞波長(zhǎng)尺度，增強(qiáng)光與物質(zhì)相互作用，從而對(duì)光場(chǎng)的振幅、相位、偏振等信息進(jìn)行全方位調(diào)控，為先進(jìn)光子器件的集成化與小型化發(fā)展提供新思路［1，2］。然而，大多數(shù)超構(gòu)表面器件都是靜態(tài)的，一經(jīng)加工其光學(xué)響應(yīng)就無(wú)法改變。因此，如何實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)光場(chǎng)調(diào)控將成為推動(dòng)超構(gòu)表面實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。目前，動(dòng)態(tài)超構(gòu)表面的設(shè)計(jì)路線大致包含三種：1）通過(guò)外部激勵(lì)
光子學(xué)報(bào) 2022年10期2022-11-25
- 中紅外波段超構(gòu)透鏡研究進(jìn)展
化和集成化發(fā)展。超構(gòu)表面是一種由亞波長(zhǎng)尺寸的、各向異性或各向同性的散射體（微納米結(jié)構(gòu)）以亞波長(zhǎng)間隔陣列在一個(gè)襯底上而成的光學(xué)器件。根據(jù)光學(xué)的廣義折射定律，通過(guò)改變這些微納米結(jié)構(gòu)的參數(shù)（形狀、尺寸和方位角等）以及它們與周圍介質(zhì)之間的折射率對(duì)比度，超構(gòu)表面可以實(shí)現(xiàn)幾乎所有電磁波參量（相位、振幅、偏振和頻率）的調(diào)控［3-6］。所以，利用超構(gòu)表面可將傳統(tǒng)光學(xué)元件重新設(shè)計(jì)成輕薄化、平面化且多功能集成的新型元件，有望大幅縮小器件尺寸、減少系統(tǒng)復(fù)雜性，并引入新的光學(xué)功能
光學(xué)精密工程 2022年19期2022-10-28
- 研發(fā)零點(diǎn)三厘米厚新型平面廣角相機(jī) 可實(shí)現(xiàn)一百二十度視角且無(wú)畸變的高質(zhì)量廣角成像
用具有極薄尺寸的超構(gòu)透鏡來(lái)取代體塊折射型透鏡，并通過(guò)“雙層超表面結(jié)構(gòu)、二次相位型超表面結(jié)構(gòu)”等方案來(lái)進(jìn)一步增大超構(gòu)透鏡的視角范圍。然而，目前這些方案的綜合性能還不夠理想，尚未實(shí)現(xiàn)高度緊湊的實(shí)用化廣角成像系統(tǒng)。MIWC的廣角成像原理及器件架構(gòu)示意圖近期，南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院李濤教授團(tuán)隊(duì)基于超構(gòu)透鏡陣列研發(fā)出一種新型平面廣角相機(jī)——單層超構(gòu)透鏡陣列廣角相機(jī)，該相機(jī)僅0.3厘米厚，卻擁有超過(guò)120度的視角，可以更好地實(shí)現(xiàn)廣角成像，且不會(huì)發(fā)生畸變，可應(yīng)用
海外星云 2022年15期2022-10-04
- 大口徑微納結(jié)構(gòu)平面光學(xué)元件的優(yōu)化
設(shè)計(jì)并研制出超薄超構(gòu)透鏡［3-4］。該器件厚度僅為30 nm，焦點(diǎn)半高寬為630 nm，略小于工作波長(zhǎng)（676 nm）。由于光在金屬納米結(jié)構(gòu)中傳輸時(shí)存在較大的能量損耗，這種超構(gòu)透鏡的透過(guò)率較低，約為10%。為了提高超構(gòu)透鏡的透過(guò)率與聚焦效率，Capasso等以二氧化鈦（TiO2）納米矩形柱為相位調(diào)控單元［5-6］，依據(jù)子波合成與波面變換理論，設(shè)計(jì)并研制出高效率的介質(zhì)超構(gòu)透鏡［7］。該器件的工作波長(zhǎng)為660 nm，設(shè)計(jì)焦距為90μm，器件厚度為600 nm，
光學(xué)精密工程 2022年15期2022-08-31
- 超構(gòu)表面在三維成像與顯示技術(shù)中的應(yīng)用
元結(jié)構(gòu)排布組成的超構(gòu)表面［22-25］為開(kāi)發(fā)輕薄光學(xué)多功能器件提供了變革性的解決方案。超構(gòu)表面利用亞波長(zhǎng)尺度下光與物質(zhì)的相互作用，通過(guò)合理排布并調(diào)整納米單元的形狀、大小、位置和取向，對(duì)局部電磁場(chǎng)的偏振［26-27］、振幅［28-29］、相位［30-31］和頻率［32］等傳播特性進(jìn)行任意操縱，為人工調(diào)控電磁波提供了豐富的自由度。研究者開(kāi)發(fā)出了各種功能新穎的超構(gòu)表面，并成功應(yīng)用于全息顯示［33-35］、超構(gòu)透鏡［36-39］、光束整形［40-44］以及非線性光
光學(xué)精密工程 2022年15期2022-08-31
- 上海光機(jī)所在可切換多功能超構(gòu)表面研究方面取得進(jìn)展
射可切換的多功能超構(gòu)表面，可用于多波段完美吸收器及太赫茲抗反射涂層。相關(guān)研究成果以Nanolayered VO2-based switchable terahertz metasurfaces as near-perfect absorbers and antireflection coatings為題發(fā)表在ACS Applied Nano Materials上。超構(gòu)表面一經(jīng)提出就因其在亞波長(zhǎng)尺度操控電磁波的顯著能力受到廣泛關(guān)注。完美吸收和增強(qiáng)透射是調(diào)控電
航空制造技術(shù) 2022年10期2022-07-16
- 消色差超構(gòu)表面復(fù)合透鏡
成化的要求，隨著超構(gòu)表面的迅速發(fā)展，新一代微型光學(xué)系統(tǒng)的出現(xiàn)成為可能。超構(gòu)表面是一種由人工設(shè)計(jì)的亞波長(zhǎng)微納結(jié)構(gòu)陣列，可對(duì)入射光的振幅、相位、偏振等進(jìn)行調(diào)控[1-3]，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了某些傳統(tǒng)光學(xué)器件的功能。例如光鑷[4-5]、光束分束器[6]、平面波片[7]、全息成像[8-12]和無(wú)衍射光束發(fā)生器[13-14]等。其中平面聚焦透鏡的色差問(wèn)題不可避免，因此，設(shè)計(jì)高效的在寬波段工作的超構(gòu)表面尤為重要。近年來(lái)，許多研究工作致力于超構(gòu)表面的寬帶消色差，多個(gè)科研團(tuán)隊(duì)已經(jīng)實(shí)
光學(xué)儀器 2022年3期2022-07-10
- 基于群論的晶格擾動(dòng)介質(zhì)納米孔陣列多重Fano 共振機(jī)理及演變*
04)基于全介質(zhì)超構(gòu)材料獨(dú)特的電磁屬性,提出了一種晶格擾動(dòng)介質(zhì)納米孔陣列超構(gòu)表面來(lái)激發(fā)近紅外區(qū)域的多重Fano 共振.結(jié)合群論深入探究了該超構(gòu)表面在其原胞為方形晶格構(gòu)型與方形晶格對(duì)稱性被破壞兩情況下多重Fano 共振的形成機(jī)理及演變規(guī)律.研究表明,在方形晶格超構(gòu)表面中,外部輻射連續(xù)體分別與由正入射平面波直接激發(fā)的雙重簡(jiǎn)并模式共振干涉形成雙重Fano 共振,且該共振與原胞中是否含孔及孔的形狀無(wú)關(guān),在晶格擾動(dòng)超構(gòu)表面中,原本不耦合的非簡(jiǎn)并模式由正入射平面波激發(fā)
物理學(xué)報(bào) 2022年10期2022-06-04
- 西北工業(yè)大學(xué)在線極化復(fù)用超構(gòu)表面波束調(diào)控方面取得進(jìn)展
光學(xué)超構(gòu)表面是一種由亞波長(zhǎng)納米結(jié)構(gòu)陣列組成的人工二維結(jié)構(gòu)，其高效、靈活的特性迅速成為調(diào)控復(fù)雜光場(chǎng)的優(yōu)秀媒質(zhì)。基于低損耗材料的光學(xué)介質(zhì)超構(gòu)表面具有效率高、設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)，在光通信、全息成像/顯示與信息加密等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。然而，傳統(tǒng)極化不敏感的超構(gòu)表面工作模式單一、效率低下，無(wú)法將多功能集成在單個(gè)的樣品上，信息容量受到了極大限制。西北工業(yè)大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于重要納米光子學(xué)材料——硅微結(jié)構(gòu)的高效線極化復(fù)用介質(zhì)光學(xué)超構(gòu)表面，可以對(duì)不
陜西教育·高教版 2022年4期2022-04-09
- 基于超構(gòu)表面的低散射天線陣列
量損失。近年來(lái)，超構(gòu)表面(metasurface, MS)因其特異的電磁特性而廣受關(guān)注，它由若干個(gè)亞波長(zhǎng)單元排布在一個(gè)表面上構(gòu)成[5-10]。通過(guò)設(shè)計(jì)其空間分布特性進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)一系列新穎的電磁調(diào)控功能，如渦旋波生成器[11]、隱身斗篷[12]等。當(dāng)超構(gòu)表面單元之間具有一定的反射相位差時(shí)，根據(jù)相位相消原理，散射波無(wú)法有效疊加，從而可以降低超表面在特定方向的RCS[13-14]。2017年有研究人員通過(guò)將2個(gè)像素化的單元進(jìn)行棋盤(pán)格排布，最終可在相對(duì)帶寬為95%的
空軍工程大學(xué)學(xué)報(bào) 2022年1期2022-04-08
- 專注制造科學(xué) 助力制造行業(yè)
、機(jī)器人加工、熱超構(gòu)材料拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)等方面取得了可喜的進(jìn)展，并在相關(guān)領(lǐng)域的國(guó)際頂級(jí)期刊發(fā)表論文。柔性智能蒙皮研究飛行器流場(chǎng)特性感知在結(jié)構(gòu)外形優(yōu)化、氣動(dòng)載荷和升阻力測(cè)量、飛行狀態(tài)預(yù)測(cè)和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)等方面有極其重要的作用，并廣泛應(yīng)用于大型風(fēng)洞測(cè)量、無(wú)人預(yù)警機(jī)、變體飛行器、航天飛行器等航空航天系統(tǒng)的感知與檢測(cè)中。能想象為飛行器穿上一層輕薄的“智能皮膚”嗎？既能為飛行器提供豐富的表面流場(chǎng)信息，又能監(jiān)測(cè)自身結(jié)構(gòu)的健康狀況。而問(wèn)題的關(guān)鍵在于，要在飛行器復(fù)雜曲面上集成各
科學(xué)中國(guó)人·下旬刊 2022年1期2022-04-01
- 一種吸收效率可調(diào)的電磁超構(gòu)材料設(shè)計(jì)
000）0 引言超構(gòu)材料（Metamaterials）不同于自然界中常見(jiàn)的天然材料，它是一種具有超常的物理特性的人工復(fù)合材料或復(fù)合結(jié)構(gòu)，從原子和分子設(shè)計(jì)出發(fā)，經(jīng)過(guò)繁復(fù)的人工設(shè)計(jì)及制備過(guò)程，形成一種復(fù)合型或混合型的材料體系，這種材料體系往往具有人造微結(jié)構(gòu)單元周期排布的形式。超構(gòu)材料的概念從提出至今，已經(jīng)有50多年的時(shí)間。最初超構(gòu)材料主要應(yīng)用于負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率的研究[1-5]。而后，超構(gòu)材料被廣泛應(yīng)用于各類學(xué)科領(lǐng)域，譬如隱身斗篷[6]，異常折反射[7]，完
企業(yè)科技與發(fā)展 2022年10期2022-02-20
- 基于導(dǎo)波驅(qū)動(dòng)相變材料超構(gòu)表面的基波及二次諧波聚焦*
093)1 引言超構(gòu)表面的出現(xiàn)為人們?cè)O(shè)計(jì)和制備新穎的光學(xué)器件提供了極大的機(jī)遇[1,2].所謂超構(gòu)表面是指亞波長(zhǎng)厚度的人工結(jié)構(gòu)化表面.結(jié)合金屬或高介電介質(zhì)材料微納結(jié)構(gòu)的電磁共振,人們?cè)O(shè)計(jì)了種類繁多的超構(gòu)表面以滿足電磁波的偏振、振幅和相位調(diào)控的要求[3-7].例如在相位調(diào)控方面,實(shí)現(xiàn)了諸如異常反射與折射[8-10]、平面透鏡聚焦[11-14]、貝塞爾光束產(chǎn)生等特殊現(xiàn)象[15-18].在大數(shù)據(jù)迅猛發(fā)展的當(dāng)下,光子集成電路(photonic integrated
物理學(xué)報(bào) 2022年3期2022-02-17
- 跨譜域低可探測(cè)的電磁超構(gòu)表面天線 *
很難解決的。電磁超構(gòu)表面(MetaSurface, MS)是一種影響電磁波傳播特性的超薄界面，一般由可任意調(diào)控電磁波幅度、相位和極化的周期或非周期人工結(jié)構(gòu)組成[1-5]。隨著電磁超構(gòu)表面的不斷發(fā)展，電磁超構(gòu)表面種類越來(lái)越豐富，調(diào)控電磁波的功能越來(lái)越多樣化[6]。電磁超構(gòu)表面為減縮天線雷達(dá)散射截面(Radar Cross Section, RCS)提供了新的技術(shù)途徑。利用電磁超構(gòu)表面減縮天線RCS的方式主要有兩種：一是利用吸波型電磁超構(gòu)表面的吸波特性[7]，
國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào) 2022年1期2022-01-26
- 基于吸散一體隱身超構(gòu)表面的透射型渦旋電磁波產(chǎn)生器設(shè)計(jì)
[11-12]和超構(gòu)表面[13-16]等，而陣列天線產(chǎn)生渦旋電磁波需要復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)成本較高；螺旋相位板只能產(chǎn)生單一模式的渦旋波束，且厚度較大[17]。超構(gòu)表面因其對(duì)電磁波波前靈活調(diào)控的能力，為渦旋電磁波的產(chǎn)生提供了新的途徑。2011年，Capasso教授課題組首次采用相位梯度超構(gòu)表面激發(fā)了渦旋電磁波，拉開(kāi)了渦旋電磁波發(fā)展的新序幕[18]。相對(duì)于反射型超構(gòu)表面，透射型超構(gòu)表面克服了饋源遮擋、接收的電磁波與入射波相互干涉等因素的影響，具有更好的實(shí)際應(yīng)用
陸軍工程大學(xué)學(xué)報(bào) 2022年1期2022-01-13
- 圓極化復(fù)用型多功能超構(gòu)表面研究進(jìn)展
0001）引 言超構(gòu)表面(Metasurface)是一種由周期/準(zhǔn)周期性分布的電磁散射體組合而成的二維結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)亞波長(zhǎng)單元電磁響應(yīng)的精確設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的幅度、相位、極化等特性的人工調(diào)控[1]. 結(jié)合超薄超輕、易于共形的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，具有特定電磁調(diào)控能力的超構(gòu)表面為新一代信息技術(shù)的發(fā)展提供了全新的平臺(tái)[2-4]. 近年來(lái)，在集成化與小型化無(wú)線通信系統(tǒng)快速發(fā)展的背景下，功能多樣化的超構(gòu)表面被廣泛地研究與應(yīng)用. 目前，通過(guò)區(qū)域劃分[5-6]、共享口徑[7]、
電波科學(xué)學(xué)報(bào) 2021年6期2022-01-08
- 壓電超構(gòu)材料及其波動(dòng)控制研究:現(xiàn)狀與展望1)
10007)引言超構(gòu)材料或超材料(metamaterials)是將精心設(shè)計(jì)的基本單元通過(guò)一定的空間排列來(lái)實(shí)現(xiàn)普通材料所不具有的奇異或反常性能,如帶隙、波導(dǎo)、負(fù)折射、負(fù)模量、負(fù)密度、超透鏡、聲學(xué)聚焦、聲學(xué)隱身和拓?fù)鋺B(tài)等[1-2],已成為一個(gè)多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域.過(guò)去幾十多年來(lái)陸續(xù)出現(xiàn)的左手材料[3]、光子晶體[4]、聲子晶體[5]、時(shí)間晶體[6]甚至超表面[7]等都可以歸類于超構(gòu)材料.超構(gòu)材料在通信、醫(yī)學(xué)、國(guó)防軍事、航天航空、遙感等諸多領(lǐng)域都有十分廣闊的
力學(xué)學(xué)報(bào) 2021年8期2021-11-10
- 電磁超構(gòu)表面與天線結(jié)構(gòu)一體化的低RCS 陣列*
7)提出一種電磁超構(gòu)表面與天線一體化設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)低散射陣列的新方法.該方法利用傳輸線將超構(gòu)表面部分單元串聯(lián),并采用同軸饋電激勵(lì),以此得到新型天線陣列,該陣列的輻射性能和傳統(tǒng)陣列幾乎相同;當(dāng)外來(lái)雷達(dá)波照射該陣列時(shí),利用超構(gòu)表面和其周圍天線結(jié)構(gòu)散射場(chǎng)的差異,將能量在空間重新分配,從而實(shí)現(xiàn)天線工作頻帶內(nèi)的雷達(dá)散射截面(radar cross section,RCS)減縮.基于該方法,以2×1 陣列為例,構(gòu)建了天線模型,數(shù)值分析了其性能,驗(yàn)證了該陣列的良好輻射和低R
物理學(xué)報(bào) 2021年19期2021-11-01
- 雙層硅基級(jí)聯(lián)太赫茲消色差超構(gòu)透鏡
0093）引 言超構(gòu)表面是一種由亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)組成的超薄超材料，具備可定制的光學(xué)特性，為實(shí)現(xiàn)具有預(yù)期功能的平面光子器件提供了一種新穎的方法[1-2]。目前，基于超構(gòu)表面設(shè)計(jì)并證實(shí)了廣義Snell定律[3]，并相繼出現(xiàn)了聚焦[4-7]、偏折[8-10]、光束發(fā)生器[11-12]、光學(xué)全息成像[13-14]等。在超構(gòu)表面的分支中，由亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)所組成的超構(gòu)透鏡能夠在平面內(nèi)對(duì)電磁波相位進(jìn)行高密度的靈活調(diào)控，區(qū)別于傳統(tǒng)透鏡通過(guò)改變電磁波光程的相位調(diào)控方式，超構(gòu)透鏡具備更
光學(xué)儀器 2021年4期2021-10-30
- 編碼超構(gòu)表面實(shí)現(xiàn)雙波束獨(dú)立可重構(gòu)*
)近年來(lái), 有源超構(gòu)表面因其對(duì)電磁波的靈活、動(dòng)態(tài)調(diào)控而備受關(guān)注.本文設(shè)計(jì)并分析了一種有源可編程超構(gòu)表面單元, 并探討了其在雙波束、多波束獨(dú)立可重構(gòu)方面的應(yīng)用.理論分析了如何實(shí)現(xiàn)對(duì)稱雙波束、非對(duì)稱雙波束電磁波輻射以及多波束獨(dú)立可重構(gòu), 并對(duì)所設(shè)計(jì)的編碼超構(gòu)表面進(jìn)行仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.全波仿真結(jié)果表明, 超構(gòu)表面具有較好的輻射性能, 主瓣輻射方向與理論計(jì)算結(jié)果一致.作為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證, 我們加工了樣品并在標(biāo)準(zhǔn)微波暗室中進(jìn)行了測(cè)試.實(shí)驗(yàn)測(cè)試與仿真分析結(jié)果吻合良好, 均
物理學(xué)報(bào) 2021年17期2021-09-17
- 超構(gòu)透鏡的色差調(diào)控應(yīng)用
之間的相互作用，超構(gòu)材料可以實(shí)現(xiàn)自然材料所沒(méi)有的物理特性[1-7]。目前基于超構(gòu)材料的研究已經(jīng)取得了數(shù)量可觀的成果，例如負(fù)折射材料[8]，光學(xué)隱身材料[9]，人造光學(xué)黑洞[10]等。雖然超構(gòu)材料特殊的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率使得透鏡的應(yīng)用和性能有了更多的可能性，但是三維材料的性質(zhì)使其無(wú)法克服傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)體積笨重的缺陷以及對(duì)連續(xù)曲面的高精度要求帶來(lái)的局限性。同時(shí)，在光學(xué)波段響應(yīng)的超構(gòu)材料加工困難以及不可避免的損耗也限制了超構(gòu)材料在透鏡中的應(yīng)用。而超構(gòu)表面概念的提出不
中國(guó)光學(xué) 2021年4期2021-09-03
- 可調(diào)諧光學(xué)超構(gòu)材料及其應(yīng)用
）1 引 言光學(xué)超構(gòu)材料是通過(guò)對(duì)天然材料進(jìn)行加工，在其表面或內(nèi)部形成周期性排列的亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)陣列來(lái)獲得的，擁有天然材料所不具備的特殊光學(xué)性質(zhì)。有別于天然材料的“組分決定性質(zhì)”，光學(xué)超構(gòu)材料的“超?！惫鈱W(xué)性質(zhì)是由材料先天的本征性質(zhì)和后天人工設(shè)計(jì)的亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)所共同決定的。1996年，英國(guó)科學(xué)家Sir John Pendry 提出使用周期性排列的金屬絲能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)的介電常數(shù)[1]。隨著納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，超構(gòu)材料作為一類新型的功能材料受到了越來(lái)越多的關(guān)注。借鑒超構(gòu)材
中國(guó)光學(xué) 2021年4期2021-09-03
- 離散波長(zhǎng)消色差超構(gòu)透鏡的性能分析
23）1 引 言超構(gòu)透鏡是由一系列亞波長(zhǎng)尺寸的單元結(jié)構(gòu)組成的新型衍射透鏡，與傳統(tǒng)的折射透鏡相比，其厚度只有光波長(zhǎng)量級(jí)，具有輕薄的優(yōu)勢(shì)[1-2]；而與傳統(tǒng)的衍射透鏡相比，由于它由亞波長(zhǎng)尺寸單元結(jié)構(gòu)組成，能有效抑制高階衍射，因此具有更高效的調(diào)控效率[3-4]。不過(guò)，超構(gòu)透鏡繼承了傳統(tǒng)衍射透鏡的色散特性，具有較大的色差，而色差的存在會(huì)嚴(yán)重影響透鏡在非單色光照明下的成像性能。雖然近年來(lái)人們已經(jīng)發(fā)展出一些設(shè)計(jì)方案用以實(shí)現(xiàn)在連續(xù)波長(zhǎng)范圍內(nèi)消色差的超構(gòu)透鏡（簡(jiǎn)稱為寬譜消
中國(guó)光學(xué) 2021年4期2021-09-03
- 超構(gòu)表面的振幅調(diào)控及其功能器件研究進(jìn)展
引 言近年來(lái)，超構(gòu)表面材料（Metasurfaces），一種通過(guò)在普通光學(xué)材料表面刻畫(huà)出亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)陣列的二維人工復(fù)合材料，在精密調(diào)控光波電磁場(chǎng)方面表現(xiàn)出前所未有的能力。在超構(gòu)表面研究中，各向異性和各向同性納米結(jié)構(gòu)的超構(gòu)表面均占據(jù)較大比例。通過(guò)選擇合適的材料，合理設(shè)計(jì)超構(gòu)表面單元結(jié)構(gòu)的形狀構(gòu)造及尺寸參數(shù)，可以靈活地調(diào)整納米結(jié)構(gòu)的各向同/異性，優(yōu)化出可以調(diào)控各種光學(xué)參量的納米結(jié)構(gòu)。例如，利用各向異性的納米結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)納米尺度的線偏振器[1-8]、四分之一波片
中國(guó)光學(xué) 2021年4期2021-09-03
- 基于伴隨仿真的偏振復(fù)用超構(gòu)透鏡
集成化方向發(fā)展。超構(gòu)表面是一種由亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成的低維電磁調(diào)控器件[5-7]，其電磁特性通常由亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的幾何形狀與排列方式?jīng)Q定。其中，每個(gè)單元結(jié)構(gòu)都可以看作是一個(gè)調(diào)控單元，通過(guò)對(duì)單元結(jié)構(gòu)的精細(xì)設(shè)計(jì)，超構(gòu)表面能夠在平面上靈活地操控光波的相位、振幅、偏振等參數(shù)，為實(shí)現(xiàn)光學(xué)器件和系統(tǒng)的平面化、集成化提供了新的技術(shù)途徑[8-11]。由于其優(yōu)異的光學(xué)性能和強(qiáng)大的電磁調(diào)控能力，超構(gòu)表面在光刻[12-13]、光學(xué)成像[14-16]、電磁偽裝[17-18]等領(lǐng)域均展現(xiàn)出巨
中國(guó)光學(xué) 2021年4期2021-09-03
- 可形變光學(xué)超構(gòu)表面及其動(dòng)態(tài)調(diào)控
10年以來(lái)，光學(xué)超構(gòu)表面(Optical Metasurfaces)在電磁操控方面取得了一系列的進(jìn)展，如通過(guò)對(duì)光場(chǎng)的振幅[1-7]、相位[6,8-12]、偏振態(tài)[6,13-17]、頻率[18-19]、角頻域色散[20]等物理量及物理性質(zhì)的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了消色差超構(gòu)透鏡[21-26]、超全息術(shù)[27-33]、非線性調(diào)控[18,34-37]、OLED顯示[38]等一系列成果。然而，廣泛實(shí)現(xiàn)超構(gòu)表面的器件應(yīng)用還需要開(kāi)發(fā)其對(duì)光場(chǎng)的動(dòng)態(tài)調(diào)控功能。為此，人們研究了基于熱光
中國(guó)光學(xué) 2021年4期2021-09-03
- 氮化硅光子器件與應(yīng)用研究進(jìn)展
廣泛應(yīng)用于可見(jiàn)光超構(gòu)表面和光柵耦合器中。超構(gòu)表面是由許多亞波長(zhǎng)微納結(jié)構(gòu)按照特定的功能需要以特定的人工排列組合成的一種微納平面光學(xué)元件，具有超出自然界固有電磁性質(zhì)的超常光學(xué)功能，能夠在亞波長(zhǎng)尺度下實(shí)現(xiàn)對(duì)光場(chǎng)振幅、相位、偏振、頻率等特性的精準(zhǔn)操控，從而任意調(diào)控整體波陣面的形狀和性質(zhì)，獲得所需的光學(xué)元件性能。比如操控相位分布的、具有高分辨成像功能的氮化硅超構(gòu)透鏡，以及操控頻譜特性的、具有像素級(jí)顏色調(diào)控的氮化硅超構(gòu)表面等。而光柵耦合器是一種通過(guò)在片上光波導(dǎo)引入周期
中國(guó)光學(xué) 2021年4期2021-09-03
- 隔聲超構(gòu)材料的研究進(jìn)展
反射來(lái)實(shí)現(xiàn)。聲學(xué)超構(gòu)材料的研究為解決低頻隔聲問(wèn)題提供了新的思路，通過(guò)在關(guān)鍵物理尺度上對(duì)材料進(jìn)行一定的序構(gòu)設(shè)計(jì)，獲得自然界材料所不具備的不同尋常的聲學(xué)特性、現(xiàn)象的特種復(fù)合材料或結(jié)構(gòu)，使其在隔聲、降噪等領(lǐng)域具有廣闊的研究和應(yīng)用前景[4-5]。傳統(tǒng)隔聲設(shè)計(jì)多基于隔聲材料或共振結(jié)構(gòu)[6]。前者通過(guò)提高隔聲層的聲阻抗或優(yōu)化吸、隔聲材料組合方式達(dá)到改善結(jié)構(gòu)隔聲性能的效果。例如汽車前圍隔音墊、公路聲屏障、大型設(shè)備的隔聲箱多是基于此類隔聲機(jī)理。這就要求隔聲層具有更高的質(zhì)量
人工晶體學(xué)報(bào) 2021年7期2021-08-26
- 基于多腔型超構(gòu)材料的聲場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)*
重要的意義.聲學(xué)超構(gòu)材料作為一種人工專門(mén)設(shè)計(jì)的復(fù)合結(jié)構(gòu), 可通過(guò)局域共振機(jī)理來(lái)調(diào)控彈性波的能帶結(jié)構(gòu), 從而獲得自然材料所不具備的物理特性, 如負(fù)等效體積模量[1,2]、負(fù)等效質(zhì)量密度[3-5]、零折射率[6]等.超構(gòu)材料在對(duì)聲波傳播方式的調(diào)控方面起重要作用, 目前, 基于亥姆霍茲共振器[7]和腔諧振器[8,9]的局域共振機(jī)理設(shè)計(jì)的超構(gòu)材料已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了聲場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng).Yuan等[10,11]分別通過(guò)優(yōu)化亥姆霍茲共振器底部和頸部結(jié)構(gòu)來(lái)降低聲學(xué)粘性損耗, 實(shí)現(xiàn)了低頻
物理學(xué)報(bào) 2021年15期2021-08-14
- 隱身斗篷里的“超構(gòu)乾坤”
起來(lái)”消失不見(jiàn)！超構(gòu)材料如何實(shí)現(xiàn)隱身魔法？在過(guò)去，研究者用攝像機(jī)加上顯示屏來(lái)制造隱身斗篷，但它只能對(duì)某個(gè)方向隱身，而且需要耗費(fèi)許多能量，導(dǎo)致實(shí)用性低。超構(gòu)材料的發(fā)明使得隱身斗篷得以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)我們把介質(zhì)里很微小的人工結(jié)構(gòu)進(jìn)行有序排列后，就可以改變介質(zhì)的宏觀性質(zhì)。這些經(jīng)過(guò)人工排序的微結(jié)構(gòu)組成的介質(zhì)，就叫作超構(gòu)材料。那么，超構(gòu)材料是如何實(shí)現(xiàn)隱身的呢？辦法是在材料表面制備納米尺度的金屬天線。在有光照時(shí)，光能與金屬的表面電磁波發(fā)生共振，這些耦合的表面波和電荷的振蕩也被
知識(shí)就是力量 2021年7期2021-07-28
- 超構(gòu)表面紅外分光陣列設(shè)計(jì)
大。我們提出了將超構(gòu)表面與平面結(jié)構(gòu)紅外探測(cè)器耦合的雙色紅外探測(cè)器，利用超構(gòu)表面使入射光在空間上分離，用平面探測(cè)器的不同區(qū)域探測(cè)對(duì)應(yīng)波段的信號(hào)，最終獲得雙色信息。超構(gòu)表面是具有亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的二維天線陣列，通過(guò)設(shè)計(jì)表面微納結(jié)構(gòu)的形貌和排布，可以調(diào)控光場(chǎng)的相位［10-13］、偏振［14-15］和振幅［16］等，具有強(qiáng)大的光操縱能力［17-18］。相比于傳統(tǒng)的光學(xué)器件［19］，超構(gòu)表面具有以下顯著特點(diǎn)［20］：（1）超薄化。超構(gòu)表面陣列的光學(xué)厚度相對(duì)于其平面尺寸極小
光學(xué)精密工程 2021年4期2021-07-03
- 時(shí)變極化編碼表面及其在無(wú)線通信中的應(yīng)用
1 引言作為電磁超構(gòu)材料的二維形式，電磁超構(gòu)表面由亞波長(zhǎng)尺寸的單元在平面內(nèi)以周期性或非周期的方式排布而成。與超構(gòu)材料相比，超構(gòu)表面的體積和重量均大幅縮減，且同時(shí)具備低剖面、低損耗和低成本等優(yōu)點(diǎn)。利用超構(gòu)表面可實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波幅度、相位和極化等基本特性的靈活調(diào)控，因此許多奇異的物理現(xiàn)象和多功能器件應(yīng)運(yùn)而生，例如異常折射/反射[1]、波束賦形[2]和超透鏡[3]等。在超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)中集成如開(kāi)關(guān)二極管、變?nèi)莨芎褪┑扔性雌骷?，并通過(guò)外部電路控制有源器件的工作狀態(tài)，可
雷達(dá)學(xué)報(bào) 2021年2期2021-05-12
- 關(guān)于聲學(xué)超構(gòu)材料名詞術(shù)語(yǔ)的探討
9.南京大學(xué)光聲超構(gòu)材料研究院，江蘇 南京 210093)(10.上海普信科技有限公司，上海 200335)(11.比亞迪汽車工業(yè)有限公司，廣東 深圳 518118)(12.中國(guó)科技產(chǎn)業(yè)化促進(jìn)會(huì)，北京 100043)1 前 言工業(yè)、國(guó)防技術(shù)和生活水平的不斷進(jìn)步和發(fā)展對(duì)材料性能提出了越來(lái)越高的要求，而傳統(tǒng)材料已經(jīng)無(wú)法滿足這些需求，這就迫使人們不斷探索具有特殊性能的各種人工結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。超構(gòu)材料通過(guò)人工設(shè)計(jì)制備尺寸介于原子、分子的微觀結(jié)構(gòu)尺度與宏觀尺度之間的
中國(guó)材料進(jìn)展 2021年1期2021-04-02
- 局域共振型五模超構(gòu)材料的低頻聲波調(diào)控方法
049)1 五模超構(gòu)材料的基本概念及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀超構(gòu)材料(metamaterial)是一類新型的人工合成材料，通常由周期性或者非周期性的人工微結(jié)構(gòu)排列而成，具備天然材料所不具備的奇特物理性質(zhì)。五模超構(gòu)材料(pentamode metamaterial, PM)的概念由Milton和Cherkaev于1995年首次提出，對(duì)于固體的人工周期結(jié)構(gòu)，通過(guò)結(jié)構(gòu)單元設(shè)計(jì)，能夠使其整體的等效彈性特性表現(xiàn)為在六維的應(yīng)力空間中，只有體積壓縮模式的特征值不為零(對(duì)應(yīng)的特征向
中國(guó)材料進(jìn)展 2021年1期2021-03-17
- 聲學(xué)超構(gòu)材料技術(shù)實(shí)用化的進(jìn)展
研究領(lǐng)域——聲學(xué)超構(gòu)材料。圖1 聲學(xué)學(xué)科環(huán)狀圖[1]Fig.1 Acoustics discipline diagram[1]1.1 聲學(xué)超構(gòu)材料的歷史作為一種人工結(jié)構(gòu)，超構(gòu)材料往往由多個(gè)結(jié)構(gòu)單元組成，整體上表現(xiàn)為具備不尋常的等效參數(shù)的連續(xù)介質(zhì)材料。利用周期性結(jié)構(gòu)調(diào)控波的傳播行為在幾十年前的固體物理中就已有研究，然而關(guān)于利用工程結(jié)構(gòu)調(diào)控經(jīng)典波傳播特性的研究是從光子晶體[3-5]和聲子晶體[6]開(kāi)始。廣義上第一個(gè)聲學(xué)超構(gòu)材料是2000年香港科技大學(xué)的劉正猷等
中國(guó)材料進(jìn)展 2021年1期2021-03-17
- 光學(xué)超分辨平面超構(gòu)透鏡研究進(jìn)展
剛光學(xué)超分辨平面超構(gòu)透鏡研究進(jìn)展周 毅1,2*，梁高峰1,2，溫中泉1,2，張智海1,2，尚正國(guó)1,2，陳 剛1,21重慶大學(xué)光電工程學(xué)院，重慶 400044；2重慶大學(xué)光電技術(shù)及系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400044從光學(xué)自身機(jī)理上突破光學(xué)理論分辨率極限，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)場(chǎng)超分辨光學(xué)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)超分辨聚焦和超分辨成像，在激光加工、超分辨光學(xué)顯微和超分辨望遠(yuǎn)等系統(tǒng)有著重要應(yīng)用前景。近年來(lái)，光學(xué)超構(gòu)表面的發(fā)展使得在亞波長(zhǎng)尺度上實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)振幅、相位及偏振的獨(dú)立調(diào)
光電工程 2021年12期2021-02-28
- 基于非對(duì)稱光子自旋—軌道相互作用的超構(gòu)表面
—軌道相互作用的超構(gòu)表面張 飛1，郭迎輝1,2，蒲明博1,2，李 雄1,2，馬曉亮1,2,3，羅先剛1,2*1中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所微細(xì)加工光學(xué)技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610209；2中國(guó)科學(xué)院大學(xué)光電學(xué)院，北京 100049；3中國(guó)人民解放軍軍事科學(xué)院國(guó)防科技創(chuàng)新研究院，北京 100071光子自旋—軌道相互作用是經(jīng)典光學(xué)所忽略的重要現(xiàn)象，近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象可通過(guò)人工亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)顯著增強(qiáng)并進(jìn)行按需調(diào)控。傳統(tǒng)超構(gòu)表面僅支持對(duì)稱光子自旋—軌道相互作用
光電工程 2020年10期2020-12-11
- 扎根超構(gòu)表面 堅(jiān)守赤子情懷
——記南京大學(xué)物理學(xué)院副教授王漱明
型人造材料被稱為超構(gòu)材料，它最早出現(xiàn)在光學(xué)和電磁學(xué)領(lǐng)域。它的出現(xiàn)，給材料科學(xué)領(lǐng)域注入了新鮮的血液，并引領(lǐng)著新材料原理和器件設(shè)計(jì)的全新變革?，F(xiàn)今，超構(gòu)材料領(lǐng)域的研究對(duì)我們的生活已日益產(chǎn)生重要影響，包括用于高度集成的光學(xué)元器件，光子集成芯片、環(huán)境和醫(yī)療保健傳感等，其研究的神奇魅力和蘊(yùn)藏的商機(jī)也越來(lái)越被大多數(shù)人發(fā)現(xiàn)。在過(guò)去的十余年中，南京大學(xué)物理學(xué)院副教授王漱明一直在與超構(gòu)表面、超構(gòu)材料和表面等離激元學(xué)等微納光學(xué)體系研究打交道，他的研究?jī)?nèi)容涉及這些體系的線性、非
科學(xué)中國(guó)人 2020年14期2020-08-26
- 基于亞波長(zhǎng)金屬超構(gòu)光柵的中紅外大角度高效率回射器*
)近年來(lái), 電磁超構(gòu)光柵為操控波的傳播提供了新的思路和材料基礎(chǔ).本文設(shè)計(jì)并研究了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且易實(shí)現(xiàn)的反射型金屬超構(gòu)光柵, 其一個(gè)大周期內(nèi)只包含兩個(gè)結(jié)構(gòu)單元, 通過(guò)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)即可實(shí)現(xiàn)雙通道中紅外光的回射功能.數(shù)值和仿真模擬計(jì)算表明: 對(duì)于某個(gè)特定設(shè)計(jì)的回射角度, 該金屬超構(gòu)光柵具有極高的回射效率(> 98%); 進(jìn)一步研究表明, 改變超構(gòu)光柵的周期長(zhǎng)度就能實(shí)現(xiàn)不同角度的回射功能, 并且在大角度下依然保持較高的回射效率.因此該金屬超構(gòu)光柵具有高效率大角度
物理學(xué)報(bào) 2020年1期2020-01-16
- 超構(gòu)表面器件高效設(shè)計(jì)和大面積加工研究取得進(jìn)展
超構(gòu)表面(metasurface)作為一種人工二維材料，利用亞波長(zhǎng)尺度的單元結(jié)構(gòu)與入射電磁波的相互作用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波振幅、相位和偏振的高效調(diào)控。相較于傳統(tǒng)器件，超構(gòu)表面具有低剖面、高集成度以及多功能化等優(yōu)勢(shì)，因此受到了人們的廣泛關(guān)注。近年來(lái)，雖然超構(gòu)表面在理論設(shè)計(jì)和加工制備上取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，但該領(lǐng)域仍然面臨諸多問(wèn)題和制約。在器件設(shè)計(jì)上，由于缺乏系統(tǒng)的理論支撐，超構(gòu)表面單元結(jié)構(gòu)的優(yōu)化主要依賴于利用仿真軟件進(jìn)行參數(shù)掃描，再通過(guò)設(shè)計(jì)者的專業(yè)知識(shí)對(duì)結(jié)果進(jìn)行選取
潤(rùn)滑與密封 2019年11期2019-12-22
- 超構(gòu)表面器件高效設(shè)計(jì)和大面積加工研究取得進(jìn)展
超構(gòu)表面(metasurface)作為一種人工二維材料，利用亞波長(zhǎng)尺度的單元結(jié)構(gòu)與入射電磁波的相互作用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波振幅、相位和偏振的高效調(diào)控。相較于傳統(tǒng)器件，超構(gòu)表面具有低剖面、高集成度以及多功能化等優(yōu)勢(shì)，因此受到了人們的廣泛關(guān)注。近年來(lái)，雖然超構(gòu)表面在理論設(shè)計(jì)和加工制備上取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，但該領(lǐng)域仍然面臨諸多問(wèn)題和制約。在器件設(shè)計(jì)上，由于缺乏系統(tǒng)的理論支撐，超構(gòu)表面單元結(jié)構(gòu)的優(yōu)化主要依賴于利用仿真軟件進(jìn)行參數(shù)掃描，再通過(guò)設(shè)計(jì)者的專業(yè)知識(shí)對(duì)結(jié)果進(jìn)行選取
潤(rùn)滑與密封 2019年8期2019-12-21
- 硅超構(gòu)表面上強(qiáng)烈增強(qiáng)的三次諧波*
10275)利用超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)硅介質(zhì)內(nèi)局域電磁場(chǎng)的極大增強(qiáng),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)烈增強(qiáng)的三次諧波激發(fā)(THG).該超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)由L形的單晶硅共振子組成,通過(guò)調(diào)節(jié)抽運(yùn)波長(zhǎng)與超構(gòu)表面共振波長(zhǎng)重合,可以實(shí)現(xiàn)最高220倍的THG增強(qiáng),THG的轉(zhuǎn)化效率提升至～ 3 × 10－7.數(shù)值模擬和THG信號(hào)的空間掃描結(jié)果表明,場(chǎng)增強(qiáng)主要源于超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)中心區(qū)域處的共振模式耦合效應(yīng).此外,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)的共振模式具有明顯的偏振選擇性,且THG信號(hào)同樣為線偏振光,消光比為15 dB
物理學(xué)報(bào) 2019年21期2019-11-08
- 聲學(xué)超構(gòu)材料及其物理效應(yīng)的研究進(jìn)展*
10093)聲學(xué)超構(gòu)材料作為一種新型的人工結(jié)構(gòu)材料, 擁有天然材料所不具備的超常物理特性, 進(jìn)一步拓展了材料的聲學(xué)屬性.同時(shí), 聲學(xué)超構(gòu)材料可以實(shí)現(xiàn)對(duì)聲波精準(zhǔn)的、可設(shè)計(jì)的操控, 以及許多新穎奇特的物理現(xiàn)象,如聲準(zhǔn)直、聲聚焦、聲場(chǎng)隱身、聲單向傳輸、聲學(xué)超分辨成像等, 具有重要的理論研究意義和應(yīng)用價(jià)值.另外,拓?fù)洳牧系难芯恳蜒由熘谅晫W(xué)領(lǐng)域, 聲學(xué)超構(gòu)材料的拓?fù)湫再|(zhì)成為近年的研究熱點(diǎn), 受到人們的廣泛關(guān)注.其魯棒性邊界態(tài)具有缺陷免疫、背散射抑制的特性, 應(yīng)用潛力
物理學(xué)報(bào) 2019年19期2019-10-22
- 非線性光學(xué)超構(gòu)材料
控制帶來(lái)了難題。超構(gòu)材料的出現(xiàn)，為克服上述困難帶來(lái)了新的契機(jī)。光學(xué)超構(gòu)材料是通過(guò)設(shè)計(jì)遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的功能單元和它們的空間序構(gòu)所構(gòu)成的一類新型材料，其光學(xué)特性依賴于結(jié)構(gòu)而并非只是材料本身的化學(xué)組成，因此具備了許多天然材料所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的光場(chǎng)調(diào)控功能。最具開(kāi)創(chuàng)性的例子要數(shù)開(kāi)口諧振環(huán)功能單元，入射光場(chǎng)能在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生循環(huán)振蕩的電流，進(jìn)而誘導(dǎo)垂直于開(kāi)口諧振環(huán)的磁偶極矩[2]。光場(chǎng)的本質(zhì)是電磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料中電場(chǎng)和磁場(chǎng)的獨(dú)立控制能夠靈活地調(diào)控光場(chǎng)。通過(guò)人為設(shè)計(jì)超構(gòu)材料的線性光
中國(guó)材料進(jìn)展 2019年4期2019-06-11
- 基于石墨烯編碼超構(gòu)材料的太赫茲波束多功能動(dòng)態(tài)調(diào)控?
[7?8].電磁超構(gòu)材料是一種由亞波長(zhǎng)單元結(jié)構(gòu)周期或非周期排布在二維平面上形成的平面型人工復(fù)合電磁材料,可以通過(guò)等效電阻抗、磁阻抗以及突變相位來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波靈活多樣的調(diào)控,得到國(guó)際學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度關(guān)注[9?14].但是目前利用電磁超構(gòu)材料調(diào)控THz波的研究仍面臨許多挑戰(zhàn),如難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)控、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可調(diào)范圍小.近年來(lái)研究表明,利用石墨烯相結(jié)合的超構(gòu)材料為動(dòng)態(tài)調(diào)控THz波束提供了新的發(fā)展機(jī)遇,已成為T(mén)Hz領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)[15?19].石墨烯新型材
物理學(xué)報(bào) 2018年11期2018-06-19
- 新穎材料器件為全息顯示帶來(lái)的新機(jī)遇?
terial)、超構(gòu)表面(metasurface)、二維材料(2D material)等新材料,它們的組成單元——超構(gòu)原子(meta-atoms)是具有亞波長(zhǎng)尺寸的像素單元,其單元尺度相近于光波長(zhǎng),甚至可達(dá)到小于200 nm的長(zhǎng)度.相比于傳統(tǒng)空間光調(diào)制器最小3.74μm的像素單元尺度,在其可加載信息密度、成像視場(chǎng)角等方面,都有著極大的改善,利用這個(gè)特性,可將新穎材料運(yùn)用于全息顯示中,能夠獲得更大的視場(chǎng)角和更高分辨率的再現(xiàn)像,提高顯示的空間帶寬積,從而提升全
物理學(xué)報(bào) 2018年2期2018-03-18
- 非線性光學(xué)超構(gòu)表面
55)非線性光學(xué)超構(gòu)表面鄧俊鴻 李貴新?(南方科技大學(xué)材料科學(xué)與工程系,深圳 518055)(2017年5月15日收到;2017年6月5日收到修改稿)在線性光學(xué)范疇內(nèi),人們已經(jīng)通過(guò)亞波長(zhǎng)尺度的超薄超構(gòu)表面成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)光的眾多新穎特性的調(diào)控功能.其主要理念是通過(guò)對(duì)具有亞波長(zhǎng)尺度且空間方向變化的超構(gòu)功能基元進(jìn)行特定的排列,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光的偏振、相位和振幅的有效控制.近來(lái),超構(gòu)表面上的非線性光學(xué)特性也引起了大家的廣泛關(guān)注.在本綜述中,我們對(duì)非線性光學(xué)超構(gòu)表面的設(shè)計(jì)
物理學(xué)報(bào) 2017年14期2017-08-08
- 當(dāng)光學(xué)遇上納米技術(shù)
技術(shù)結(jié)合，誕生了超構(gòu)材料這個(gè)新興交叉學(xué)科。站在這塊交叉學(xué)科的前沿高地，具備多重身份——南京大學(xué)物理學(xué)院教授、固體微結(jié)構(gòu)物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、教育部新世紀(jì)人才的劉輝，憑著對(duì)科學(xué)的熱愛(ài)和執(zhí)著，引領(lǐng)我國(guó)光學(xué)超構(gòu)材料前沿發(fā)展，使之在世界舞臺(tái)獨(dú)放異彩。神奇的光學(xué)超構(gòu)材料從人類發(fā)明第一臺(tái)計(jì)算機(jī)，到我們今天日常使用的筆記本電腦和手機(jī)，電子集成技術(shù)取得了巨大的成功。相比電子集成技術(shù)，光子集成技術(shù)卻相對(duì)落后很多。現(xiàn)在，對(duì)光學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家而言，要面對(duì)的基本問(wèn)題是：未來(lái)人們
科學(xué)中國(guó)人 2014年12期2014-01-31
- 隱身的夢(mèng)想——專訪蘇州大學(xué)賴耘教授
包括隱身及幻像，超構(gòu)材料，變換光學(xué)，光子晶體，聲子晶體，表面等離子體光子學(xué)等。雖然這些研究方向看似很不相同，但大體上都屬于波動(dòng)材料的研究范疇。賴耘教授也多次獲得《科學(xué)》，《自然》，《自然-材料學(xué)》，《探索頻道》，《華爾街日?qǐng)?bào)》等頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊和國(guó)際著名媒體廣泛報(bào)道?！半[身雨傘可以讓未來(lái)的哈利波特看見(jiàn)光”近年來(lái)，隱身這瓶“調(diào)味劑”經(jīng)常出鏡于小說(shuō)和電影當(dāng)中，體現(xiàn)了人類天馬行空的想象力。不過(guò)，想象終歸想象，多數(shù)人可能從未想過(guò)也許有朝一日可以利用科學(xué)的力量把隱身這個(gè)
科學(xué)中國(guó)人 2012年7期2012-11-06