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Abstract
Jiangxi Provincial Key Laboratory of Optoelectronic and Telecommunication, Jiangxi Key Laboratory of Nanomaterials and Sensors, College of Physics and Communication Electronics, Jiangxi Normal University, Nanchang 330022, China
Perfect absorbers (PAs) are devices that can efficiently absorb electromagnetic waves. Great attention has been attracted since metamaterial PAs (MPAs) were first proposed in 2008. In recent years, with the development of nanophotonics and the improvement of nanomanufacturing technology, considerable progresses have been achieved in designing MPAs using new materials and new structures. In this review, we summarized first the latest developments of PAs from five directions: dual-band, multi-band, wideband, narrow-band, and tunable light absorption. The shortcomings of the previous PAs and the latest improvements were introduced as well. Then, the application of perfect absorption in solar cells, sensors, switches, and structural colors was discussed. Finally, we presented the main challenges and prospects in these fields. Novel PAs for applications in a wide field of opto-electronic devices will continuously progress with breakthrough advances in absorbers related technology and science.
perfect absorber metamaterials sensor solar absorption switch structural color Chinese Optics Letters
2022, 20(7): 073603
1 南通大学 理学院，江苏 南通 226019
2 江西师范大学 物理与通信电子学院，江西 南昌 330022
3 上海交通大学 物理系，上海 200240
针对一般光反应器的不足，双面金属包覆波导能够把光耦合进入导波层中激发出超高阶导膜，波导中入射波与反射波相互叠加形成驻波，继而在导波层中出现一系列的光能量增强点(被认为是光陷阱点)。基于这种光学特性，设计了一种新颖的液芯双面金属包覆波导光反应器。采用含有二价铁离子和三价铁离子的混合盐溶液充当导波层，激光耦合进入导波层中两小时后，在该种特定光场分布的作用下，制备出了合成产物。通过对产物的分析，确定合成产物为磁铁矿γ-Fe2O3。
超高阶导膜 驻波 液芯波导光反应器 磁铁矿 ultrahigh order mode standing wave liquid-core waveguide optical reactor magnetite
江西师范大学 物理与通信电子学院，南昌 330027
基于对称金属包覆波导，研究了温度对金属层介电常量及导波层折射率的影响.通过改变金属介电常量和导波层折射率，共振角和衰减全反射吸收峰受到影响.理论和仿真表明：在入射光波长为760 nm，覆盖层银膜厚度为35 nm，衬底银膜厚度为300 nm，导波层为纯水的条件下，温度由10℃升高到70℃时，衰减全反射吸收峰反射率随温度的升高而降低，吸收率提高；共振角随温度的升高，先增加后减小.当金属介电常量对整体的影响大于纯水时，共振角增加，反之，共振角减小.因此，对称金属包覆波导受温度的影响是不可忽略的.
波导 温度 介电常量 折射率 共振角 Waveguides Temperature Permittivity Refractive index Resonance angle
江西师范大学 物理与通信电子学院,南昌 330022
采用密度泛函理论框架下的第一性原理方法计算了ZnO/GaN核壳异质结的电子结构和光学特性.计算结果表明: ［101－0］和［112－0］晶面的异质结在带隙边缘价带顶和导带底的电子态密度各自主要由氮原子和锌原子贡献.以［101－0］晶面为侧面的异质结结构的介电函数虚部(ε2)的曲线具有相似的特征, 都是价带的氮原子到导带锌原子的跃迁, 但峰位依赖于核层数和壳层数的不同而有所偏移.相对地, 以［112－0］晶面为侧面的结构, 其ε2的曲线与［101－0］晶面的情况有着很大的差别, 其出现了一个由镓原子与氮原子之间的跃迁形成的峰.因此, 可以通过控制异质结的晶面来实现对其光学特性的调控.这种新型异质结将在发光器件、光电太阳能电池、生物探测等方面具有一定的应用价值.
异质结 电子结构 光学性质 第一性原理 Heterostructure Electronic structure Optical Properties The first-principles
1 江西师范大学 物理与通信电子学院，江西 南昌330022
2 宜春学院，物理科学与工程技术学院，江西 宜春336000
设计了一种双面金属包覆波导，其中作为样品室的导波层厚度达到毫米量级.在波导腔体中注入浓度为0.15%的水基四氧化三铁纳米磁流体，采用波长为860 nm的红外激光束小角度（小于5°）入射到该波导金属耦合层上，以激发波导中的超高阶导模，使纳米磁流体处于光波导的振荡场中.根据超高阶导模的高灵敏特性，对磁流体施加10 mT的调制磁场，检测到纳米磁流体的磁光信号上升和下降时间为2 ms.
导波光学 双面金属波导 纳米磁流体 磁调制 waveguide optics double metalcladding optical waveguide magnetic fluid magnetic modulation
江西师范大学物理与通信电子学院，江西南昌 330022
利用一种样品空间层达亚毫米尺度的双面金属波导，将磁流体注入波导样品空间层作为导波层来研究磁流体的窄带滤波特性。首先将波长为1 550 nm的激光入射到波导表面，选择合适的入射光导模共振角，激发波导中的超高阶导模，使磁流体处于光波导的振荡场中；然后，应用超高阶导模的高灵敏度特点，将磁场施加在波导上改变磁流体的折射率，使波导耦合效率发生变化，通过接收波导反射光，得到波导的窄带滤波特性。实验中测试的入射光波长调谐在1 549440～1 549.585 nm，窄带滤波带宽为006 nm。当波长为1 549516 nm，所加磁场为0~519 kA/m时，获得反射光的变化达到119 dB。实验结果表明，该方法获得的滤波特性具有带宽窄、灵敏度高的特点。
导波光学 双面金属波导 磁流体 窄带滤波 waveguide optics double metal-cladding optical waveguide magnetic fluid narrow bandwidth filtering 光学 精密工程
2011, 19(11): 2618
1 上海交通大学物理系,上海 200240
2 江西师范大学物理系,江西 南昌 330022
3 宜春学院物理科学与工程技术学院,江西 宜春 336000
设计了一种利用铌酸锂作为波导基片的双面金属包覆平板光波导, 利用波导中超高阶导模高敏感特性制成了 一种反射型光学电压传感器。入射激光束采用小角度入射,当光波导处于导模共振状态时,选择一个恰当的 工作点,再通过两金属电极对该器件施加直流电压,通过检测反射光强,获得相应的电压值变化。实验测量 中所用的电压范围是 -800～800 V, 得到的线性度值为0.995, 波导反射光的反射率变化灵敏度为0.2% V-1, 实验表明这种电压传感器具有较好的 线性和灵敏度,该新型电压传感器具有结构与制作简单、调节方便和成本低廉等优点。
导波光学 双面金属波导 铌酸锂 电压传感 waveguide optics double metal-cladding optical waveguide LiNbO3 voltage sensor
1 江西师范大学 物理与通信电子学院，江西 南昌 330022
2 江西省光电子与通信重点实验室，江西 南昌 330022
实验研究了基于导模共振的反射型电光调制器采用的棱镜耦合方式，在棱镜上面镀有4层膜，依次为银膜下电极－极化聚合物－缓冲层－金膜上电极。对这种衰减全反射(ATR)型的聚合物波导电光调制器进行了视频调制实验，采用静态偏置电压稳定模式同步角方法，结合对入射激光束进行监测，解决了视频调制中激光器噪声对模拟信号调制影响的问题，提高了工作稳定性。实验结果表明：该电光调制器具有良好的线性和较高的灵敏度。
导模共振 极化聚合物 电光调制 guide mode resonance poled polymer electro-optic modulation
1 江西师范大学物理与通信电子学院, 江西 南昌 330022
2 上海交通大学导波光电子器件实验室, 上海 200240
利用自由空间耦合技术,用超短脉冲激发亚毫米尺度对称金属包覆波导中的超高阶导模,提出一种脉冲展宽的新方法。由于超高阶导模的强色散性质,经过短距离的传输,即可使脉冲宽度迅速展宽。理论分析表明,1 ps的光脉冲在光波导中传输毫米量级距离后,脉冲展宽因子可达到1000倍。
激光技术 对称金属包覆介质波导 脉冲展宽 自由空间耦合技术 超高阶导模
1 宜春学院, 宜春 336000
2 江西师范大学物理系, 南昌 330027
3 上海交通大学化学化工学院, 上海 200240
研究了交联型聚氨酯材料集成衰减全反射型双通道聚合物波导电光调制器的制备和性能。这种电光调制器的制备技术非常简单,只要用两个分立的下电极代替单通道调制器中的下电极即可。通过测量器件的调制特性,在832 nm波长下,获得了最大电光系数为24.2 Pm/V,调制带宽约为500 MHz、插入损耗低于1.5 dB。由于器件上下电极的垂直距离为微米级、而通道之间的水平距离为毫米量级的设计,使各通道之间的场不会引起相互交迭,因而未测到各通道间的串扰。另外,热交联型聚合物材料的采用提高了整个器件的热稳定性,在100 ℃经过800 h后,电光系数仍然保持初值的88%。
集成光学器件 双通道电光调制器 衰减全反射 交联聚合物
