Author Affiliations
Abstract
1 School of Electronic Engineering, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China
2 Collaborative Innovation Center of Light Manipulations and Applications, Shandong Normal University, Jinan 250358, China
3 The Yangtze Delta Region Institute (Huzhou), University of Electronic Science and Technology of China, Huzhou 313001, China
4 Shenzhen Research Institute, Beijing University of Posts and Telecommunications, Shenzhen 518000, China
5 School of Information and Communication Engineering, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China
We proposed a multifunctional terahertz metasurface based on a double L-shaped pattern and a vanadium dioxide () film separated by polyimide. When the film is an insulator, a dual-band electromagnetically induced transparency effect is obtained, and the physical mechanism is investigated based on the current distribution and “two-particle” model. When the film is a metal, a dual-band linear-to-circular polarization converter, in which the -polarized linear wave can be effectively converted to left-handed circularly polarized (LCP) and right-handed circularly polarized simultaneously in different bands, can be achieved. By arranging the metal pattern rotating 30°, a multifunctional antenna can be obtained. When the is an insulator, the radiation of the LCP wave is divided into four beams, with two beams reflected and two beams transmitted. When the is in the metallic state, we can only get the co-polarized reflected wave with a 21° angle. Moreover, in our design, the film does not need lithography to obtain certain patterns, which improves the convenience of fabrication and experiment. Our design opens a new way for the development of multifunctional terahertz devices and has potential applications in the terahertz communication field.
terahertz VO2 antenna metasurface Chinese Optics Letters
2022, 20(1): 013602
1 北京邮电大学电子工程学院, 北京 100876
2 北京市辐射中心, 北京 100875
3 电子科技大学电子科学与工程学院, 四川 成都 610054
4 北京邮电大学通信与信息工程学院, 北京 100876
5 毫米波国家重点实验室, 江苏 南京 210096
太赫兹（THz）波, 是指频率范围在0.1～10 THz的电磁波, 在电磁波谱中处于红外与微波之间。 太赫兹波的光子能量相对于可见光更低, 1 THz对应的能量大约只有4.14 meV, 意味着这将大大减少对生物体内组织器官的辐射而引起的伤害, 不会对生物分子产生电离。 因此, 该波段在基础科学、 人体安检、 危险品检测、 高速通信和医学成像等领域具有重要的潜在应用价值。 但在医药和生物探测的应用中, 通常需要检测微量的分析物, 这就需要更高的灵敏度和检测的准确度。 但是现存的检测方法受到太赫兹波强度检测可靠性不高的影响。 基于超材料的生物传感可以通过增强局域电磁谐振, 实现亚波长分辨, 大大提高了传感器的分辨率与灵敏度, 引起了人们的广泛关注。 超材料是一种人工设计的周期性结构, 通过合理设计可以增强局域电磁谐振响应, 实现亚波长分辨, 大大提高传感器的分辨率与灵敏度。 太赫兹超材料传感器为生物传感领域提供了一种新的检测方法, 具有灵敏度高、 响应速度快、 无标记检测等优点。 随着微纳加工技术的快速发展, 制作超材料太赫兹传感器的成本不断降低, 从而在生物医学领域具有非常大的潜在应用价值。 基于超材料的太赫兹传感器的研究已成为目前一个非常热门的国际前沿方向。 但是关于太赫兹超材料传感器的最新研究进展未见报道, 为此通过大量搜集并整理相关资料, 综述了太赫兹超材料传感器在各种生物探测场景中的最新应用, 分别从医学诊断、 食品安全、 农药检测等方面展开介绍。 最后, 对太赫兹超材料在生物传感器的发展和应用前景进行了总结和展望。 该研究将为人们充分掌握太赫兹超材料生物传感器的最新应用进展提供重要参考, 同时为太赫兹超材料传感器的发展和应用提供方向性的指导。
太赫兹 超材料传感器 医疗诊断 食品安全 农药检测 Terahertz Metamaterial sensor Medical diagnosis Food safety Pesticide detection 光谱学与光谱分析
2021, 41(6): 1669
1 南开大学电子信息与光学工程学院, 天津 300350
2 北京农业信息技术研究中心, 北京 100097
3 农业部农业遥感机理与定量遥感重点实验室, 北京 100097
4 北京邮电大学电子工程学院, 北京 100876
农产品质量安全是社会广泛关注的重大民生问题。 近年来, 农产品生产过程中农药的广泛使用和滥用会导致农药残留, 对人类健康和环境造成潜在危害。 吡虫啉是一种硝基亚甲基类新烟碱内吸杀虫剂, 因其具有广谱、 高效和低毒的特性已广泛用于农业生产中, 但其过量残留也给人类的健康带来了威胁。 首先对超材料结构的透射谱进行了分析, 对共振频率的形成原因进行了解释; 其次分别在超材料结构和二氧化硅基底上涂覆了500 mg·L-1的吡虫啉溶液并进行了测量, 排除了二氧化硅基底的影响; 接着制备了3个梯度15个浓度的吡虫啉溶液, 分别为: 100~500 mg·L-1（梯度为100 mg·L-1）、 10~50 mg·L-1（梯度为10 mg·L-1）、 1~5 mg·L-1（梯度为1 mg·L-1）; 测量了喷涂在超材料结构上的吡虫啉薄膜的太赫兹时域光谱, 根据太赫兹透射谱峰值频率红移量的不同实现了对不同溶液浓度的鉴别, 建立了峰值频率红移量和吡虫啉浓度的函数关系。 实验结果表明, 借助超材料的调制特性, 太赫兹光谱法可以检测到浓度低至1 mg·L-1的吡虫啉薄膜。 将实验测得的不同浓度吡虫啉溶液的折射率, 代入CST软件进行仿真验证, 结果说明不同浓度的吡虫啉的透射曲线具有不同程度的红移, 且红移量随着浓度的增大而增加。 实验和仿真结果表明, 超材料对太赫兹光谱透射峰值频率的调制可用于低浓度吡虫啉含量的太赫兹时域光谱检测。 此研究为食品基质中农药残留的检测提供了一种新方法。
超材料 太赫兹时域光谱 吡虫啉 频移 Metamaterials Terahertz time-domain spectroscopy Imidacloprid Frequency shift 光谱学与光谱分析
2021, 41(4): 1044
1 北京邮电大学电子工程学院, 北京 100876
2 东南大学毫米波国家重点实验室, 江苏 南京 210096
超材料具有自然界材料所不具备的电磁参数,通过适当设计可实现对电磁波的调控。综述了超材料非 对称传输器件的研究现状,分别介绍了电磁波非对称传输的基本原理, GHz、THz频段线极化波非对称传输器件及圆极化波非对称传输器件的研究成果。分析表明基于超材料的非 传输器件主要集中在微波波段,对太赫兹频段的研究较少,特别是在实验验证方面。最后讨论了超材料非对 称传输器件的发展方向。
电磁学 非对称传输 超材料 太赫兹 手性 极化 electromagnetics asymmetric transmission metamaterial terahertz chirality polarization
曲阜师范大学物理工程学院， 山东省激光偏光与信息技术重点实验室， 山东 曲阜 273165
提出了一种包层周期呈线性啁啾分布的新型空心布拉格光纤(HC-BF)包层结构设计，旨在满足基于中红外吸收光谱的多组分痕量气体检测应用需求。数值研究了这种准周期包层结构HC-BF中近掠入射条件下TE和TM模的带隙结构和模式损耗特性，并与常规周期包层结构HC-BF进行了对比。结果表明，对于包层周期线性啁啾分布结构的HC-BF，通过增大包层周期线性增加量和包层层数均可以有效拓展光子带隙(PBG)宽度，并且其展宽效果随两者增加而明显增强，同时PBG中心波长产生红移。在展宽的PBG波长范围内，该新型包层结构HC-BF依然能够保持0.01 dB/m量级的低传输损耗，表明其具有优良的中红外宽带低损耗传输特性。
光纤光学 空心布拉格光纤 中红外宽带传输 痕量气体检测
1 曲阜师范大学物理工程学院, 山东 曲阜 273165
2 电子科技大学物理电子学院, 四川 成都 610054
等离子体光子晶体是等离子体学科和光子晶体学科交叉的产物,它不仅具有一般光子晶体的性质, 而且还体现等离子体的特性,通过改变等离子体参数或外加磁场可有效控制其带隙。若在可调带隙的等 离子体光子晶体中构造适当缺陷,则可形成可调滤波器和波导等器件,在工程方面具有重要应用。 结合本课题组工作,综述了等离子体光子晶体的研究进展,在此基础上,展望了等离子体光子晶体的发 展前景,为人们进一步研究等离子体光子晶体的特性和应用提供参考。
量子光学 可调带隙 等离子体参数 等离子体光子晶体 quantum optics tunable photonic band gap plasma parameters plasma photonic crystals
曲阜师范大学 物理工程学院 山东省激光偏光与信息技术重点实验室，山东 曲阜 273165
为了得到云母波片的相位延迟量和双折射率随波长的变化关系，利用椭偏光谱仪连续测量了云母波片在400~770 nm光谱范围内的延迟量.在对云母波片进行校准后，测量的数据被光电探测器收集并输送到计算机，根据输出的数据可以得到云母波片的相位延迟量随波长的变化.利用测得的延迟量计算出了云母波片在一定光谱范围内的双折射率，得到了云母波片的双折射率色散曲线，并通过拟合得到了双折射率色散公式.该方法能测量任意波片的相位延迟量，并且具有测量方便、周期短、精度高等特点.
云母波片 相位延迟量 双折射率 Mica wave plate Phase retardation Birefringence
Author Affiliations
Abstract
School of Physical Electronics, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054
The relative band gap for a rhombus lattice photonic crystal is studied by plane wave expansion method and high frequency structure simulator (HFSS) simulation. General wave vectors in the first Briliouin zone are derived. The relative band gap as a function of air-filling factor and background material is investigated, respectively, and the nature of photonic band gap for different lattice angles is analyzed by the distribution of electric energy. These results would provide theoretical instruction for designing optical integrated devices using photonic crystal with a rhombus lattice.
光子晶体 菱形晶格 相对带隙宽度 空气填充率 相对介电常数 填充率 160.4670 Optical materials 230.0230 Optical devices 230.3120 Integrated optics devices 220.0220 Optical design and fabrication Chinese Optics Letters
2008, 6(4): 279
电子科技大学物理电子学院，四川 成都 610054
近年来，随着国际上掀起的太赫兹(Terahertz，THz)研究热，太赫兹科学技术的发展更为迅速。但是，对于THz的各种功能器件，利用基于经典电磁理论的微波技术手段或者利用基于量子理论方法的光学技术手段都遇到了很大的困难。90年代末，随着频率禁带处在THz波段的光子晶体(Photonic crystal，PC)制作方法和技术的提高，基于光子晶体的THz器件应运而生。为此，就国际上在光子晶体THz滤波器，光子晶体THz波导，光子晶体THz光纤和光子晶体THz谐振腔方面所做的主要工作和研究成果进行了较详细的论述分析及归纳总结，并对光子晶体THz器件未来的发展提出了几点看法。
太赫兹 光子晶体 光子晶体THz器件 Terahertz photonic crystal photonic crystal Terahertz devices
