1 山西大学物理电子工程学院，山西 太原 030006
2 山西大同大学微结构电磁功能材料省市共建山西省重点实验室，山西 大同 037009
为了在宽频内实现可开关的高效率线极化转换，设计了一个嵌入PIN二极管的十字架型极化转换超表面。仿真结果显示，当PIN二极管处于导通状态时，在4.03～7.71 GHz范围内，该超表面的极化转换率超过90%，相对带宽为62.7%；当PIN二极管处于截止状态时，该超表面在工作频段相当于反射板。通过理论分析和表面电流分布解释了极化转换机理。最后，对所制作样品的实验测量进一步证实了该超表面可开关的极化转换效果。所设计的超表面有望应用于电磁兼容和极化探测等领域。
材料 超表面 可开关极化转换 PIN二极管 宽带
山西大学物理电子工程学院, 山西 太原 030006
基于光敏半导体材料电导率可被外部泵浦光调控的特性,通过在嵌套的类方环单元结构中嵌入半导体材料砷化镓,设计了一种动态光控单频/双频可切换的超材料吸收器。在此基础上,根据不同波长的泵浦光对不同半导体材料的激发特性,引入第二种半导体材料锗,将第一种结构进行拓展,提出了一种光可控的多频段超材料吸收器,利用不同波长的泵浦光调控半导体材料的电导率,实现了单频/双频/三频吸收状态任意切换的吸收特性。仿真结果表明,所设计的吸收器具有偏振不敏感和宽角度入射的特性,有望在调制器、频率选择器、探测器等领域得到应用。
材料 太赫兹 多态 超材料 吸收器
山西大学 物理电子工程学院,山西 太原 030006
本文提出以苯并环丁烯(benzocyclobutene,BCB)或硅为介质层材料,用碳纳米管(Carbon Nanotube,CNT) 填充的屏蔽型硅通孔(Shielded Through-Silicon Vias,S-TSV)结构,利用等效传输线模型计算了其正向传输系数和衰减常数,分析了量子电容(Quantum Capacitance,Cq)对S-TSV传输性能的影响。研究发现,Cq能改善以BCB为介质层,填充多壁碳纳米管束(Multi-walled carbon nanotube bundle,MWCNTB)的S-TSV高于20 GHz频段的传输性能。此外,Cq可以明显提升以硅为介质层的S-TSV的传输性能,且Cq的温度效应能与硅电导的温度效应平衡,从而提高S-TSV的热稳定性。
碳纳米管 硅通孔 量子电容 正向传输系数 carbon nanotubes through-silicon vias quantum capacitance forward transmission coefficient
山西大学物理电子工程学院, 山西 太原 030006
利用十字型金属线和改造的开口谐振环设计了一种新型左手材料，通过S参数反演法进行参数提取表明，这种结构的左手材料可以在千兆赫兹波段出现两个负折射频带。数值分析了结构参数对负折射率频带的影响，结果表明，该结构能否出现双频带的负折射特性与谐振环对的开口大小直接有关；相对于其他参数，谐振环的宽度和开口大小对负折射率频带产生影响较大。研究结果表明,通过选择合适的结构参数，该左手材料可以实现双频带的负折射特性。
材料 左手材料 负折射 双频带 S参数 光学学报
2012, 32(s1): s116006
山西大学物理电子工程学院, 山西 太原 030006
设计了一种准光子晶体光纤，其包层由呈准周期分布的空气孔构成，其中靠近芯区的空气孔的直径是渐变的。采用带有良匹配层(APML)吸收边界的全矢量频域有限差分(FDFD)方法对其色散特性进行了数值分析，计算了孔间距取1.5 μm～2.2 μm，最小空气孔直径分别取0.4 μm～0.6 μm，从第一层到第三层直径线性递增量分别为0.1 μm和0.2 μm的条件下，这种光纤基模的色散曲线。结果表明：通过调节包层中三种不同尺寸的空气孔的大小以及孔间距这四个参数，可以得到不同平坦水平的色散曲线，甚至于超低超平坦的色散曲线。例如，当孔间距取1.7 μm，空气孔直径分别取0.5 μm、0.7 μm 、0.9 μm，在1.4 μm～1.7 μm波段内，这种光纤的色散值可以控制在 6.0±3.0 ps/km.nm范围内。
准光子晶体光纤(PQF) 色散 频域有限差分(FDFD)方法 photonic quasicrystal fibers dispersion finite-difference frequency-domain (FDFD) method
1 中北大学信息与通信工程学院, 山西 太原 030051
2 山西大学物理电子工程学院, 山西 太原 030006
提出了一种复合四边形空气孔格点光子晶体光纤，其包层是由两种不同大小的空气孔组合而构成的。利用时域有限差分法(FDTD)对其色散特性进行了分析。结果表明，通过调节包层中两种不同尺寸的空气孔的大小以及孔间距这三个参量，可以得到不同水平的平坦色散曲线，甚至超平坦的色散曲线。
微结构光纤 时域有限差分法 导波模式 平坦色散 microstructured optical fiber finite-difference time-domain method guided wave mode flattened dispersion
山西大学物理电子工程学院, 山西 太原 030006
设计了一种改进的准光子晶体光纤, 其包层由呈准八重周期分布的空气孔构成, 其中靠近芯区的两层小空气孔的直径一致, 第三层以外的大空气孔直径一致。采用带有良匹配层(APML)吸收边界的全矢量频域有限差分(FDFD)方法对其色散特性进行了数值分析, 计算了孔间距取1.40～2.50 μm, 小空气孔直径取0.10～0.50 μm, 大空气孔直径取0.20 ～1.00 μm的条件下这种光纤基模的色散曲线。结果表明, 通过调节包层中两种不同尺寸的空气孔的大小以及孔间距这三个参数, 可以得到不同水平的平坦色散曲线。
准光子晶体光纤(PQF) 色散 频域有限差分(FDFD)方法
山西大学物理电子工程学院, 山西 太原 030006
介绍了一种双芯复合格点负色散光子晶体光纤,其包层是由连续电介质纯硅背景上挖出的两种大小不同的空气孔构成,芯区是由掺锗的高折射率的材料构成。为了实现负色散,还移去了包层中的一圈空气孔。采用频域有限差分法对其负色散特性进行分析表明,通过调整空气孔间距和两种空气孔的尺寸,可以得到不同程度的宽带负色散。当内芯半径取0.95 μm,孔间距取2.15 μm,大空气孔直径取1.9 μm,小空气孔直径取1.1 μm时,可在1.55 μm处实现宽带负色散,其半峰全宽超过了200 nm。这种光纤的包层中空气孔呈六边形分布,空气孔的尺寸均大于1 μm,降低了制作的难度。这种光纤可以用于波分复用光纤通信系统中的宽带色散补偿。
光纤光学 光子晶体光纤 负色散 频域有限差分方法
