Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Modern Optics, Nankai University, Tianjin 300350, China
2 Tianjin Key Laboratory of Micro-scale Optical Information Science and Technology, Tianjin 300350, China
3 Tianjin Key Laboratory of Optoelectronic Sensor and Sensing Network Technology, Tianjin 300350, China
Metalenses are essential components in terahertz imaging systems. However, without careful design, they show limited field of view and their practical applications are hindered. Here, a wide-angle metalens is proposed whose structure is optimized for focusing within the incident angles of . Simulation and experiment results show that the focusing efficiency, spot size, and modulation transfer function of this lens are not sensitive to the incident angle. More importantly, this wide-angle metalens follows the ideal Gaussian formula for the object-image relation, which ensures a wider field of view and better contrast in the imaging experiment.
terahertz metalens wide-angle Gaussian formula Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 013701
1 南开大学 现代光学研究所，天津 300350
2 光电传感器与传感网络天津市重点实验室，天津 300350
太赫兹(Terahertz，THz)波具有相干性好、信噪比高、辐射能量低等性质，在传感领域有着广泛应用。此外，THz传感还具有实时、非接触、无标记、非电离等优点，在生化传感特别是生物活性物质的传感中有着重要应用。但THz传感也存在着灵敏度低、水的吸收强、检测信息有限、适用性差等缺陷。介绍在THz时域偏振光谱传感技术方面的系列工作，采用微结构器件作为传感器，使用透射或反射传感方法分别检测了细胞、氨基酸和脱氧核糖核酸(DNA)几种生化样品。实验结果表明：与传统的谐振传感方法相比，偏振传感方法的品质因数和传感灵敏度均有着显著提高；反射式传感有效避免了水对THz的吸收，实现了液体环境下活性生化样品的传感；使用具有手性的微结构器件作为传感器，或利用手性THz波作为激发场，可以增强样品的偏振响应，提高传感灵敏度，实现手性分子的传感。
太赫兹传感 偏振 手性 微结构传感器 生化样品 terahertz sensing polarization chirality microstructure sensor biochemical samples 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(6): 951
糖类是典型的手性物质，其在太赫兹波段的手性光谱尚未得到充分研究。本文研究了乳糖、半乳糖、葡萄糖3种糖类在低温和常温下的折射率和吸收谱，并通过太赫兹时域偏振光谱检测，获得了这些样品的手性光谱。实验结果显示，糖类吸收会随着温度降低而减弱，低温下有利于获得样品的手性特征；在80 K温度下，葡萄糖在1.3~1.5 THz频段表现出很强的圆二色性(CD)，在1.39 THz处CD谱峰值达到44.97%；在1.6~1.8 THz频段内，3种糖类都具有特定的手性特征峰，CD值均超过20%。研究结果对进一步认识手性生化样品在太赫兹波段的手性光谱及其内在机制具有重要参考价值。
太赫兹光谱 手性光谱 糖类 温度 terahertz spectroscopy chiral spectra saccharides temperature 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(5): 819
Author Affiliations
Abstract
1 Shandong Provincial Key Laboratory of Laser Polarization and Information Technology, Department of Physics, School of Physics and Engineering, Qufu Normal University, Qufu 273165, China
2 Institute of Modern Optics, Tianjin Key Laboratory of Micro-Scale Optical Information Science and Technology, Nankai University, Tianjin 300350, China
3 Tianjin Key Laboratory of Optoelectronic Sensor and Sensing Network Technology, Tianjin 300350, China
We experimentally investigate the linear polarization conversion for terahertz (THz) waves in liquid crystal (LC) integrated metamaterials, which consist of an LC layer sandwiched by two orthogonally arranged sub-wavelength metal gratings. A Fabry–Perot-like cavity is well constructed by the front and rear gratings, and it shows a strong local resonance mechanism, which greatly enhances the polarization conversion efficiency. Most importantly, the Fabry–Perot-like resonance can be actively tuned by modulating the refractive index of the middle LC layer under the external field. As a result, the integrated metamaterial achieves multi-band tunable linear polarization conversion.
terahertz liquid crystals metamaterial polarization conversion Chinese Optics Letters
2021, 19(9): 093701
Author Affiliations
Abstract
Institute of Modern Optics, Tianjin Key Laboratory of Optoelectronic Sensor and Sensing Network Technology, Nankai University, Tianjin 300350, China
Subtractive imaging is used to suppress the axial sidelobes and improve the axial resolution of 4pi microscopy with a higher-order radially polarized (RP) Laguerre–Gaussian (LG) beam. A solid-shaped point spread function (PSF) and a doughnut-shaped PSF with a dark spot along the optical axis are generated by tightly focusing a higher-order RP-LG beam and a modulated circularly polarized beam, respectively. By subtracting the two images obtained with those two different PSFs, the axial sidelobes of the subtracted PSF are reduced from 37% to about 10% of the main lobe, and the axial resolution is increased from 0.21 to 0.15.
110.0180 Microscopy 100.6640 Superresolution 170.0180 Microscopy 180.6900 Three-dimensional microscopy Chinese Optics Letters
2019, 17(12): 121103
1 南开大学现代光学研究所, 天津 300350
2 天津光电子传感器与传感网络技术重点实验室, 天津 300350
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
介绍了不同液晶材料在太赫兹(THz)波段的光学各向异性和外场调制特性。在此基础上,综述了几种基于液晶与人工电磁微结构相结合的THz功能器件,该器件可实现对THz波的调谐滤波、电磁诱导透明、相位调制以及偏振控制功能等;系统地分析了液晶与人工电磁微结构的相互作用机理、THz波长尺度下液晶的外场调控规律与表面相互作用。此外,还对THz液晶光子器件的研究发展趋势进行了展望。
太赫兹技术 石墨烯 光子晶体 超材料 液晶器件
1 南开大学 现代光学研究所 光电信息技术科学教育部重点实验室天津市光电传感器与传感网络技术重点实验室, 天津300071
2 天津工业大学 电子与信息工程学院, 天津 300387
在实验上提出将九个开口谐振环以第一个谐振环的开口方向为基准按照涡旋状的轨迹排布, 且依次将开口环逆时针扭转40°, 构成九聚物太赫兹超材料, 并在理论上系统研究了该超材料的传输特性。将原本只具有单一谐振模式的开口谐振环按照类似于低聚物的结构排布方式构成周期单元结构时, 利用结构末端引起的能量耦合来增强相邻谐振器间的能量耦合, 便会有更多的谐振模式产生, 最终实现偏振不敏感的效果。这种思路丰富了传统超材料离散结构的设计理念, 为太赫兹超材料功能器件, 如开关, 调制器和滤波器等的设计提供了一种新的参考方案。
太赫兹超材料 九聚物 偏振不敏感 terahertz metamaterial nonamer polarization-independent 红外与激光工程
2017, 46(12): 1221002
1 南开大学 现代光学研究所, 天津 300071
2 天津工业大学 电子与信息工程学院, 天津 300387
设计加工了一种太赫兹超材料微流体传感器件, 利用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)对其在太赫兹波段的传输、谐振及传感特性进行数值模拟。采用太赫兹时域光谱系统实验研究了偏振方向对传感器灵敏度的影响。实验结果表明, 当超材料谐振环开口方向与入射太赫兹波的偏振方向平行和垂直时, 折射率传感灵敏度可分别达到39.29 GHz/RIU和74.43 GHz/RIU。通过等效电路模型对该超材料器件的传输和谐振特性做了分析, 并进一步明确了其传感机制。该超材料器件可对微量液体(5 μl/mm2)实现芯片式的折射率传感, 具有较高的传感灵敏度, 在化学生物传感器的设计和制造领域具有潜在的应用前景。
太赫兹 超材料 传感 terahertz metamaterials sensing 红外与激光工程
2017, 46(4): 0420003
1 南开大学现代光学研究所, 天津 300071
2 南开大学电子信息与光学工程学院, 天津 300071
设计并制备了两种工作在太赫兹波段的等离子体晶体波导，利用其带隙位置随波导间空气间隙变化而连续变化的特点，实现了光开关和机械可调谐滤波器的功能。利用太赫兹时域光谱系统研究了这两种等离子体晶体波导的传输和滤波性质，利用时域有限差分法计算了其透射率，用有限元法计算了其带隙性质和场分布。结果表明应用这两种结构实现的可调谐滤波器都具有良好的性能，其中一维等离子体晶体波导的调谐范围达到了130 GHz，消光比为30 dB；二维等离子体晶体波导的调谐范围达到了110 GHz，消光比可达40 dB。
集成光学 太赫兹 等离子体晶体波导 可调谐
南开大学现代光学研究所光学信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300071
利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)测试向列相液晶E7 和5CB 在磁场、电场和光场作用下的太赫兹光学性质，较为全面地总结向列相液晶在不同场强下的折射率变化。实验观察到E7和5CB 在磁场下的负磁致折变效应和在电场下的正电致折变效应。磁致折射率变化最大达到-0.087，电致折射率变化最大达到0.051，而光致折变与电致折变的物理本质相同，在7.961 W/cm2的532 nm 激光泵浦下折射率变化最大达到0.015。这些研究结果为液晶材料在太赫兹波段的可调相移器、滤波器和空间光调制器等重要功能器件中的应用打下基础。
物理光学 太赫兹 向列相液晶 折变效应
