Author Affiliations
Abstract
1 Terahertz Technology Innovation Research Institute, Terahertz Spectrum and Imaging Technology Cooperative Innovation Center, Shanghai Key Laboratory of Modern Optical System, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
2 Shanghai Institute of Intelligent Science and Technology, Tongji University, Shanghai 200092, China
Low-loss dielectric terahertz (THz) chips are efficient platforms for diverse THz applications. One of the key elements in the chip is the coupler. Most of the available THz couplers are in-plane and couple the THz wave from the metal waveguide to the dielectric waveguide. However, out-of-plane couplers are more suitable for wafer-scale testing and tolerant of alignment variation. In this work, we propose an out-of-plane THz coupler for coupling the antenna to the dielectric waveguide. The device is constructed using a grating and a compact spot-size converter. As the conventional optical spot-size converters that apply directly to THz chips are too large, we have designed a compact spot-size converter based on a tapered waveguide with a lens. The total device is 2.9 cm long and can couple a 7 mm diameter THz beam to a 500 µm wide waveguide. The device can scan the THz beam, radiate the input rectangular waveguide mode to free space, and drive the rotation angle of the fan beam through the scanning frequency. We fabricated the device using a single lithography step on a silicon wafer. The out-of-plane coupling efficiency was found to be ∼5 dB at 194 GHz. The fan-beam steering range was found to be around 40° in the frequency range of 170–220 GHz. The proposed out-of-plane coupling technique may provide an effective way for THz wafer-scale testing with a higher degree of freedom for on-chip integration. Also, the proposed technique being non-mechanical, beam steering using it, may therefore find applications in THz radar, communication, and sensing.
terahertz device grating coupler spot-size converter beam steering Chinese Optics Letters
2022, 20(2): 021301
1 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室,上海 200093
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 200093
提出了一种基于单层超表面的太赫兹复用器件。该器件基于PB(back propagation)相位理论、广义斯涅耳定律以及马吕斯定律,实现了空间分复用成像。计算结果表明,所设计的器件能将一束线偏振入射光离轴出射,并产生多通道的复用图像。该器件的研究对拓展THz波段的高分辨成像、多通道信息传输等功能具有重要意义。
太赫兹波 超表面 复用成像 terahertz metasurface multiplexing imaging
1 上海理工大学上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
设计了一种近场涡旋光束干涉的微结构阵列。在该阵列中, 一对正交排列的矩形小孔构成阿基米德螺旋线。在线偏振太赫兹波的激励下, 其左旋和右旋分量分别形成具有异号拓扑荷数的近场涡旋光束, 并叠加产生新的电场分布。数值仿真结果表明, 通过调控每个矩形小孔的角度和螺旋线的螺距, 可实现任意拓扑荷数的正交涡旋光束的电场叠加。
物理光学 轨道角动量 近场 涡旋光束 干涉
1 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 2300093
提出了一种基于单层超表面的双频太赫兹波线偏振变圆偏振转换器。该偏振转换器采用两个不同尺寸的十字型金属缝阵列结构形成两个线偏振变圆偏振转换频点, 从而实现双频的太赫兹波线偏振变圆偏振转换。计算结果表明, 设计的偏振转换器能在0.760 THz和1.068 THz将一束线偏振太赫兹波转换为圆偏振太赫兹波。该双频的线偏振变圆偏振转换器仅由单层的超表面组成, 结构简单易于制备, 因而为操控电磁波和设计新颖的太赫兹波器件提供了参照。
太赫兹波 线偏振变圆偏振转换器 超表面 双频 terahertz linear-to-circular polarization converter metasurface dual-band
1 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
提出了一种在太赫兹频段可以用来实现超聚焦效应和具有高透射率能力的奇异表面等离子体棱镜结构。这种奇异的棱镜结构是由三个亚波长孔和在金属板两端雕刻有有限个周期性排列的浅槽组成。通过利用表面等离子体激元(SPPs)和超常光学透射(EOT)现象的相关理论,证明了所设计的棱镜结构可以产生一个半高宽(FWHM)约为1/4λ的聚焦点,其透射率是传统的表面等离子体棱镜结构的4.6倍。所设计结构可应用于超分辨成像、光刻、功能性探测等方面。
超聚焦 表面等离子体激元 超分辨 超常光学透射 super-focusing surface plasmon polartions super-resolution extraordinary optical transmission
上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室,上海 200093
基于变换光学理论,提出了一种新型的各向异性均匀的压缩变换介质。通过坐标变换,该压缩变换介质将一片选定的均匀各向同性的自由物理空间“压缩”至一个小的变换区域,并通过补偿介质(ε=μ=-1)来补偿除了压缩区域之外的那片自由空间,以保持空间场分布的连续性。当两个分离的点光源分别处于该压缩变换介质之中的时候,它们能够形成完美的光学重叠效应,即形成完美的光学相干效应。利用有效介质理论,可以进一步简化变换介质参数,获得各向同性均匀的压缩变换介质实现光学重叠效应。该研究在高能相干激光中具有潜在的应用。
变换光学 光学重叠 有效介质理论 transformation optics overlapped optics effective medium theory