北京工业大学 信息学部 微电子学院, 北京 100124
提出了一种品质因数(Q)-频率(f)特性与电感值(L)-频率(f)特性增强的新型高线性有源电感, 主要由负跨导器、新型正跨导器、Q值增强调制模块、反馈电阻、两级电平转换电路和负跨导器分流支路组成。通过多个电路单元间的协同配合和所设置的三个外部偏置端电压的联合调谐, 该有源电感不但具有高Q值, Q值相对于电感值可独立调节, 而且高Q峰值及电感值在不同频率下能够基本保持不变, 同时也有高的线性度。验证结果表明, 在6 GHz下, Q值可在275~4 471之间变化, 调谐率为1768%, 而电感值的变化率仅为15%; 在48 GHz、52 GHz、56 GHz和6 GHz的4个频点下, 分别获得了4 480、4 469、4 473和4 471的高Q峰值, 变化率仅为024%, 且电感值分别为7532 nH、7467 nH、7909 nH、7977 nH, 变化率仅为63%; 电感值的-1 dB压缩点为-13 dBV。
有源电感 高Q值 独立调节 高线性度 active inductor high quality factor independent adjustment high linearity
1 首都师范大学物理系, 北京 100048
2 太赫兹光电子学教育部重点实验室, 北京 100048
本文设计了一种非对称金属十字单元结构, 该结构由沉积于石英基底上的两个相互垂直共面金条构成。传统的金属十字结构中常用的LC谐振和偶极子谐振的辐射损耗较大, 限制了超表面传感器实现高品质因子和高透射率, 故通过打破传统金属十字结构的对称性, 引入类Fano共振效应, 从而使得透射峰灵敏度达到了218 GHz/RIU, 传感器的品质因子达到了78.3。通过分析该超表面的电场和表面电流分布, 探究了Fano共振效应的物理机制, 并进一步研究太赫兹传感器的结构参数对透过谱的影响, 通过调整结构参数优化该传感器的传感性能。最后, 设计了具有不同共振频率的非对称金属十字太赫兹传感器以便后续用于不同种类的微量氨基酸溶液的检测。
太赫兹 超表面 高灵敏度 高品质因子 非对称结构 Fano共振 结构优化 terahertz metasurface high sensitivity high quality factor asymmetric structure Fano resonance structure optimization
Author Affiliations
Abstract
Centre for THz Research, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China
We propose and experimentally demonstrate a high quality (Q)-factor all-silicon bound state in the continuum (BIC) metasurface with an imperforated air-hole array. The metasurface supports two polarization-insensitive BICs originated from guided mode resonances (GMRs) in the frequency range of 0.4 to 0.6 THz, and the measured Q-factors of the two GMRs are as high as 334 and 152, respectively. In addition, the influence of the thickness of the silicon substrate on the two resonances is analyzed in detail. The proposed all-silicon THz metasurface has great potential in the design and application of high-Q metasurfaces.
bound state in the continuum all-silicon metasurface high-quality factor terahertz Chinese Optics Letters
2023, 21(11): 113601
1 哈尔滨工程大学物理与光电工程学院纤维集成光学教育部重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
2 上海精密计量测试研究所，上海 201109
3 哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
连续域束缚态（BIC）是发生在辐射连续域频率范围内且被完全局域的共振，具有无限大的Q值，光与物质之间产生强相互作用，该现象对新型功能器件的发展至关重要。在太赫兹超表面中引入BIC机制，为定制高Q值共振提供了新的思路。从BIC的分类、形成机制、基本性质等方面对BIC进行了简要描述，重点介绍了BIC在THz超表面中的新应用，如高灵敏度传感、手性增强、光谱编码、近场成像。此外，BIC携带拓扑电荷，由偏振矢量缠绕圈数定义，这样的电荷只能通过改变系统参数来产生或湮灭。BIC的拓扑性质也为拓扑光子学新现象的发现提供了新的可能，BIC现象的研究可以为光学和光子学领域带来更多的发展。
太赫兹 超表面 连续域束缚态 高Q值 激光与光电子学进展
2023, 60(18): 1811010
南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室，江苏 南京 210093
连续域束缚态（BIC）是一种特殊本征态，它与扩展态共存却具有强烈的局域性，不向自由空间辐射能量。自1929年被发现以来，BIC的相关理论与实验都取得了长足发展，成为当前的一个热门研究方向。在BIC研究的众多方向中，光子学是BIC研究中的一个重要平台，在非线性光学、传感与滤波、波导与通信等方向都有应用。本文回顾了BIC的研究历史并系统地介绍了光子学领域中BIC的分类及产生机制；归纳了几种常用的理论分析方法，并讨论了光子学BIC现有的应用以及未来展望。
光子学 连续域束缚态 高品质因子 涡旋奇点 光学学报
2023, 43(16): 1623008
南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
从理论上系统地研究了聚苯乙烯（PS）/Ag球壳阵列中银球壳的形状（球形和椭球形）和完整度（侧壁有无开口）对多阶窄线宽等离激元腔模式激发效率的影响。理论上发现，在完整的球形银壳层阵列中，基于电的等离激元腔模式（TM2和TM3）能够被高效激发，而基于磁的等离激元腔模式（TE1）激发效率则非常低。通过单独地将银球壳改变为椭球形状或单独在银球壳侧壁赤道上对称构建6个小开口均能有效增大TE1模式的激发效率。尤其是，存在一个最佳的开口（20?）可使得TE1模式的激发效率达到最大。理论上进一步发现，TM2、TE1和TM3等离激元腔模式在非完整（侧壁开口约为 20?）的椭球形银壳层阵列结构中均能够同时被高效激发。在实验上，利用自支撑技术成功地制备了侧壁带有开口（约为 20?）的椭球形银壳层阵列结构，实验测试的透射光谱与理论光谱非常吻合，很好地证实了理论预测结果的正确性。
表面光学 表面等离激元 多重法诺共振 聚苯乙烯/银球壳阵列 等离激元腔模式 高Q值 光学学报
2023, 43(11): 1124002
1 兰州交通大学电子与信息工程学院，甘肃 兰州 730070
2 兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室，甘肃 兰州 730070
为了能够得到洛伦兹线型、Fano线型、类电磁诱导透明和类电磁诱导吸收这4类线型，提出了一种基于Fabry-Perot（FP）腔的微槽型微环谐振器。该结构在FP腔外侧引入了两个空气孔来提高品质因数。通过改变结构参数和选取不同的波长范围，实现了以上4类线型。采用的模拟仿真方法为时域有限差分法，结合传输矩阵法，对所提结构进行了模拟仿真和参数优化数值模型的建立。仿真结果表明，所提结构的品质因数达到了90112，消光比约为15 dB。
光学器件 微环谐振器 多线型 微槽型微环 高品质因数
1 华中科技大学 光学与电子信息学院，湖北 武汉430000
2 北京中科飞鸿科技股份有限公司，北京100095
3 华中科技大学 武汉光电国家研究中心，湖北 武汉430000
4 深圳华中科技大学研究院，广东 深圳518000
在设计高频声表面波(SAW）滤波器的过程中，若只考虑封装壳和键合线的电磁寄生参数而忽略汇流条的电磁寄生参数，则SAW滤波器的实际性能易受汇流条寄生参数影响而出现通带波动和驻波增大等问题。该文拟用电声-电磁联合仿真方法设计高频SAW滤波器以解决汇流条寄生参数对SAW滤波器性能的影响。通过此方法研制的滤波器通带插入损耗小于1 dB，波动0.5 dB，通带内驻波最大值2.1，-1.5 dB带宽75.7 MHz，-3 dB带宽84 MHz (相对带宽为4.8%)，-30 dB带宽112 MHz，BW-3 dB/ BW-30 dB矩形系数1.33。包含封装壳、键合线及汇流条的寄生参数的理论仿真结果与实验测试结果吻合较好，表明了采用此模型设计高频SAW滤波器的可行性。
声表面波梯形滤波器 高频 低插入损耗 高矩形系数 电磁仿真 SAW ladder filter high frequency low insertion loss high rectangle factor electromagnetic simulation
燕山大学电气工程学院测试计量技术与仪器河北省重点实验室，河北 秦皇岛 066004
高值共振超表面以其对局域电磁场的显著增强而在纳米光子学中受到广泛关注。基于全介质材料独特的电磁属性，提出了一种方形晶格对称性破缺的全介质纳米孔阵列超表面，通过打破方形晶格原胞的面内对称性来激发近红外区域的高值Fano共振。在垂直入射平面波的激发下，该超表面实现了极化独立的双重简并模态Fano共振以及极化依赖的三重非简并模态Fano共振，后者具有更高的值与更强的电磁局域性能。采用数值模拟探究了晶格扰动参数对三重非简并模态Fano共振特性的影响。结果表明，三重非简并模态Fano共振的值与局域电场强度受晶格扰动参数控制，通过优化晶格扰动参数，三重非简并模态Fano共振的值可同时高达，，，其局域电场强度可同时高达，，。
表面光学 光学超表面 多重Fano共振 方形晶格 高Q值 电磁局域增强 光学学报
2022, 42(15): 1524001
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Functional Materials for Informatics, Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology (SIMIT), Chinese Academy of Sciences (CAS), Shanghai 200050, China
2 CAS Center for Excellence in Superconducting Electronics (CENSE), Shanghai 200050, China
3 School of Physical Science and Technology, ShanghaiTech University, Shanghai 201210, China
An effective way to fabricate high-quality (Q) silicon microcavities on-chip is proposed and studied. Our fabrication technique consists of two significant steps: (1) patterning a special silicon micro-pillar by Bosch processes and (2) subsequent reflow of the pillar into a spherical-like microcavity using a laser pulse at 532 nm. Its shape and surface roughness are characterized using a scanning electron microscope and an atomic force microscope. The root-mean-square roughness of the surface is about 0.6 nm. A representative value for the loaded Q-factors of our silicon spherical-like microcavities is on the order of .
optical microcavity whispering gallery mode high Q-factor Chinese Optics Letters
2022, 20(11): 111301
