1 复旦大学物理学系，应用表面物理国家重点实验室，上海市超构表面光场调控重点实验室，上海 200433
2 复旦大学光科学与工程系上海超精密光学制造工程技术研究中心，上海 200433
从超构表面调控电磁波研究的发展历史出发，详细介绍了基于复合相位超构表面实现高效多功能调控圆偏振电磁波的原理、设计思路和实验模拟表征，对近期国内外在这一领域的研究进展进行简要的论述，着力以此引导相关研究性实验教学，并为相关领域研究人员提供指引。
超构表面 共振相位 传输相位 几何相位 复合相位 圆偏振光 多功能 光学学报
2024, 44(10): 1026008
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Surface Physics and Department of Physics, Key Laboratory of Micro and Nano Photonic Structures (Ministry of Education), Fudan University, Shanghai 200433, China
2 Shanghai Engineering Research Centre of Ultra-Precision Optical Manufacturing, Green Photonics and Department of Optical Science and Engineering, Fudan University, Shanghai 200433, China
Metasurfaces have exhibited great capabilities to control electromagnetic waves, and many multifunctional metasurfaces were recently proposed. However, although angle-multiplexed meta-devices were successfully realized in reflection geometries, their transmission-mode counterparts are difficult to achieve due to the additional requirements. Here, we design and fabricate a transmissive angle-multiplexed meta-polarizer in the microwave regime based on a multilayer metasurface. Coupled-mode-theory analyses reveal that the device exhibits distinct angle-dependent transmissive responses under excitations with different polarizations, and such differences are further enhanced by multiple scatterings inside the device. Microwave experimental results are in good agreement with numerical simulations and theoretical analyses.
metasurfaces angular dispersion multifunctional meta-device polarization modulation Chinese Optics Letters
2023, 21(2): 023603
武汉软件工程职业学院电子工程学院，湖北 武汉 430205
直角内圆锥面全反射镜激光谐振腔由于其特殊的结构，从而具有较好的抗失调特性。选择高功率横流CO2激光器作为数值模拟的模型，采用Fox-Li迭代法对此种谐振腔的输出光束模式进行了分析。当光束在直角内圆锥面全反射镜处发生翻转时，进行了简化计算。由于直角内圆锥面全反射镜会干扰光束的偏振态，所以采用一种矢量分析的方式对输出光束的模式进行了分析。研究发现当选取P光和S光的反射率相差超过3%时，此种谐振腔可得到偏振纯度为1的径向偏振光或角向偏振光。
激光谐振腔 直角内圆锥面 输出光束模式 偏振态 laser resonator 90° cone reflector output beam distribution polarization
1 复旦大学光科学与工程系, 上海 200433
2 复旦大学物理学系, 上海 200433
3 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
4 上海大学通信与信息工程学院, 上海 200444
实现自由调控电磁波不仅具有重要的科学研究意义,而且是通讯、能源、**等领域的迫切需求。为了解决自然材料调控电磁波能力受限的问题,人们提出了人工超构材料这一新概念,实现了负折射、光学隐身等奇异的电磁效应。然而,经过多年的发展,超构材料仍存在结构复杂、损耗偏高、难以集成调谐等挑战。最近,本团队与国际同行一起提出了超构表面的新概念。超构表面基于电磁波在平面微结构上散射时获得的界面相位突变,充分利用人工微结构的“排列序构”这一自由度,实现了对电磁波振幅、相位、偏振及波前分布的有效调控,克服了超构材料遇到的瓶颈问题。本文主要回顾了本团队在偏振调控、波前调控及动态调控等方面开展的创新性研究。
光学器件 超构表面 相位 偏振 波前
电子科技大学 光电信息学院, 电子薄膜与集成器件国家重点实验室, 光电探测与传感集成教育部重点实验室, 四川 成都 610054
作为超材料的重要组成部分, 介质层是影响超材料响应特性的关键因素.固定超材料的尺寸和表层金属图形, 通过理论推导和仿真模拟详细分析了在太赫兹波段下介质层的介电常数和厚度两个参数对超材料响应特性的控制规律, 并首次确定了响应频率与介电常数的关系方程.结果表明, 在其他参数不变的情况下, 超材料的响应频率主要取决于介质层的介电常数的实部大小, 而其吸收率则主要取决于介质层的厚度.据此, 提出一种设计超材料的新方法: 首先将设计要求的响应频率代入频率方程计算出相应介质层的介电常数, 由此挑选合适的介质材料; 然后固定介电常数、调节介质层厚度, 获得在特定频率具有特定吸收率的超材料.
太赫兹 介质材料 超材料 频率方程 控制规律 terahertz dielectric materials metamaterials frequency formula control rules
电子科技大学光电信息学院,电子薄膜与集成器件国家重点实验室,光电探测及传感集成教育部重点实验室, 四川 成都 610054
采用傅里叶远红外光谱仪(FTIR),在室温条件下测量了多种饱和直链有机小分子的太赫兹光谱.测试结果显示,有机官能团的差异导致有机物的太赫兹光谱特征显著不同.其中,有机物的晶格振动吸收峰和分子间氢键的振动吸收峰分别位于太赫兹高频和低频波段.而且,饱和直链一元醇的—OH官能团产生的分子间氢键的特征峰位于57 cm-1,而三十烷酸的—COOH官能团产生的分子间氢键的特征峰则位于74 cm-1.分子间氢键使三十烷醇和三十烷酸对太赫兹辐射的吸收能力明显地强于三十烷烃.相比于三十烷醇,三十烷酸的太赫兹特征峰还发生有规律的红移和蓝移现象.此外,还采用密度泛函理论B3LYP/6-311G(d,p)基组对饱和直链烷烃、烷醇和烷酸的太赫兹光谱进行了仿真计算,发现分子间氢键作用越强的有机物的单体分子的仿真结果与实测光谱的吻合程度越低.二聚体结构的仿真结果与实测光谱的吻合程度明显地高于单分子结构.研究结果对利用FTIR研究其他有机官能团的太赫兹光谱特征、探索有机分子内部的振动模式、探究有机物太赫兹响应的物理原理及器件应用等具有重要意义.
太赫兹光谱 有机官能团 特征 测量 仿真 Terahertz spectra Organic functional groups Characteristics Measurements Simulations
电子科技大学光电信息学院, 电子薄膜与集成器件国家重点实验室,光电探测及传感集成教育部重点实验室, 四川 成都 610054
自然界中很多材料在太赫兹(THz)频段没有电磁响应, THz超材料的出现为太赫兹技术的发展和应用带来了新的机遇.但目前超材料太赫兹响应的调节方式比较繁琐, 影响了理论与应用研究的开展.作者提出一种调制太赫兹超材料响应的简易新方法, 即将超材料的结构单元整体按比例地放大和缩小.仿真结果表明, 已满足阻抗匹配条件的超材料结构经整体比例变化之后, 仍然满足阻抗匹配条件;而且, 调整后超材料的吸收频率与尺寸变化的倍数成反比;令人惊奇的是, 超材料的响应频带也随着单元尺寸的整体缩小而变宽.通过这种简易的尺寸变化方式, 我们可以利用普通的超材料结构, 得到一定范围内对任意入射频率具有完美吸收(吸收峰值大于98%)的太赫兹超材料.这种调制方式使超材料的设计变得更加简化, 为超材料的理论与应用(特别是在器件中的应用)研究提供了更广阔的空间.
超材料 太赫兹 吸收频率 响应频带 调控 metamaterials Terahertz response frequency absorption bandwidth modulation
电子科技大学光电信息学院, 电子薄膜与集成器件国家重点实验室, 光电探测及传感集成教育部重点实验室, 四川 成都 610054
用衰减全反射傅里叶光谱仪(FTIR-ATR)在室温条件下测试了甲醇、 乙醇、 丙醇、 异丙醇、 丁醇及异丁醇六种饱和一元醇在30～300 cm-1波段的远红外透射光谱。 通过分析这六种具有类似化学结构的一元醇的远红外透射光谱, 发现它们在30～150 cm-1波段均有明显的吸收峰, 但在150～300 cm-1波段吸收峰不明显; 羟基在一元醇中的质量百分比越高, 相关一元醇的远红外光谱的平均透过率越低; 直链一元醇的光谱平均透过率高于支链状的同分异构体。 采用密度泛函理论B3LYP/6-311G(d,p)基组对甲醇单体和多聚体进行结构优化和频率计算。 计算显示, 在30～150 cm-1波段甲醇单体分子没有出现吸收峰, 但是甲醇的多聚体则出现明显的吸收峰, 计算得到的多聚体吸收峰位置与实际测量的结果相符合。 结果表明, 甲醇在太赫兹波段吸收的来自于不同形式聚合体的集体振动, 甲醇溶液以甲醇三聚体为主要的存在形式。 本成果不仅为研究有机分子在太赫兹波段的频率响应提供了新的实验方法, 而且对进一步利用FTIR-ATR研究其他有机分子具有借鉴意义。
远红外光谱 衰减全反射 一元醇 表征 仿真 Far infrared spectroscopy FTIR-ATR Monohydric alcohols Characterization Simulation
