1 南开大学电子信息与光学工程学院薄膜光电子技术教育部工程研究中心，天津 300350
2 南开大学电子信息与光学工程学院微电子工程系，天津 300350
3 南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所，天津 300350
4 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津 300350
与金属超表面相比，全介质超表面具有较低的欧姆损耗和较尖锐的共振峰。提出了一种基于“θ”形全介质硅超表面的双参数传感器。通过增加空孔破坏周期单元结构的对称性，从而产生两个Fano共振峰，其中第一个Fano共振峰为连续域中的准束缚态（QBIC），两个峰的光谱对比度分别为71.4%和99.4%。利用商用多物理场仿真软件COMSOL对该超表面周期结构进行模拟仿真，结果表明，传感器在两个Fano共振峰处的折射率传感灵敏度分别为278.9 nm·RIU-1和230.0 nm·RIU-1，优值（FOM）最大为9387，品质因子（Q）最大为9735。本传感器能够同时实现折射率和温度的双参数测量，仿真结果显示两个共振峰的温度传感灵敏度分别为18.86 pm·℃-1和42.71 pm·℃-1。
传感器 Fano共振 全介质超表面 折射率传感 温度传感
1 厦门工学院计算机科学与信息工程学院，福建 厦门 361021
2 华侨大学信息科学与工程学院，福建 厦门 361021
提出了一种由圆柱纳米孔阵列组成的全介质超表面折射率传感器，通过平移纳米孔引入结构单元的面内对称性破坏，非对称的介质纳米孔阵列可以实现由电四极子（EQ）激发的具有高品质因数（Q值）的准连续域束缚态（BIC）共振模式。从理论上分析了结构非对称参数与Fano共振的辐射Q值之间的关系，证明了该模式为对称保护BIC模式，并进行近场分析和多极分解，证明了EQ在共振模式中占主导作用，同时分析了结构参数对Fano共振的影响，并计算了介质折射率的光谱响应，得到结构的灵敏度可达512 nm/RIU（折射率单元）、Q值为2568.7、优质因数（FOM）为760，所提结构在近红外范围内的高灵敏生物传感器领域具有潜在的应用价值。
全介质超表面 Fano共振 连续域束缚态 折射率传感 激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1928001
Author Affiliations
Abstract
Joint International Research Laboratory of Information Display and Visualization, School of Electronic Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China
All-dielectric metasurfaces are usually limited because of their static functionality and small scale. In this paper, we use an easy nanofabrication technique to fabricate all-dielectric metasurfaces with the advantages of having dynamic tunability and a large area. Using an anodized aluminum oxide (AAO) template as an evaporation mask, a large-area metasurface embedded in polydimethylsiloxane (PDMS) () is fabricated. The metasurface exhibits remarkable electric dipole (ED) and magnetic dipole (MD) resonances. Based on the solvent-swelling effect of PDMS in 20% toluene, the ED/MD resonance peak shifts dynamically to red. So far, to the best of our knowledge, a large-area metasurface embedded in PDMS and achieved by using the AAO template method has not appeared.
all-dielectric metasurface light manipulation nanodisk dynamic tunability Chinese Optics Letters
2023, 21(7): 073601
1 山东大学前沿交叉科学青岛研究院光-热辐射研究中心，山东 青岛 266237
2 山东大学能源与动力工程学院光-热辐射研究中心，山东 济南 250061
以六方碳化硅（4H-SiC）全介质谐振器为例，借助椭圆偏振实验与有限元电磁模拟系统地研究了温度与结构几何周期对其相干热发射的影响机制。研究结果表明：高温削弱了4H-SiC晶体的介电极化与超表面的相干热发射，而几何周期正向影响表面波传输模的激发与耦合强度，从而影响发射率的空间相干性；二者主要通过改变表面波有效传输长度来调节热发射的相干性。此外，全介质超表面谐振器的高Q值对温度与结构周期有很强的依赖性。所得结果可为相关极化超表面谐振器件在热发射调控领域的应用提供参考。
光谱学 表面声子极化 全介质超表面谐振器 相干热发射 温度 几何周期 光学学报
2023, 43(14): 1430001
1 中国矿业大学地下空间智能控制教育部工程研究中心，江苏 徐州 221116
2 中国矿业大学信息与控制工程学院，江苏 徐州 221116
基于Fano共振超表面所具有的高品质因数以及电场局域特性设计了一种全介质超表面结构，探究了超表面结构参数与品质因数、调制深度之间的关系。通过改变结构实现了单重Fano共振至双重Fano共振的有效调控。对比同等参数下矩形柱与椭圆柱超表面结构的灵敏度，选择矩形柱结构并确定其最优参数。矩形柱超表面结构的品质因数最大可达3408，双重共振峰的调制深度接近99%。通过仿真计算可知该结构对甲烷体积分数的测量灵敏度可以达到（对应dip1）和（对应dip2），对背景折射率的测量灵敏度为和，FOM（figure of merit）值分别为和。此外，入射光偏振角度对此传感结构的Fano共振透射光谱强度具有一定影响，这一特性为光学非对称传输、偏振角检测以及超表面多功能复用等提供了新思路。
传感器 Fano共振 全介质超表面 甲烷传感器 偏振敏感 光学传感器 中国激光
2023, 50(10): 1010001
1 湖南第一师范学院电子信息学院，湖南 长沙 410205
2 北京邮电大学信息与通信工程学院，北京 100876
提出一种工作于0.25~0.35 THz的介质超表面，基于该超表面、结合轨道角动量（OAM）和频率域实现双域多信道复用，理论上可实现4×N（N为任意正整数）路携带不同信息的正交同轴波束的同时传输。超表面由介质柱阵列和介质基板构成，可基于Pancharatnam-Berry相位原理进行设计。选取0.25、0.3、0.35 THz三个频点进行仿真验证，结果表明：当3路具有不同频率和入射角的圆极化平面波沿4个不同方向斜入射至超表面上时，在垂直于超表面的方向上，12路交叉极化透射波被转换为彼此拓扑正交或频率正交的同轴波束，即结合OAM和频率域实现了12路信道复用。所提出的介质超表面在高速率大容量太赫兹通信领域具有潜在的应用价值。
表面光学 太赫兹 介质超表面 复用 轨道角动量
中国计量大学 太赫兹技术与应用研究所, 杭州 310018
为了研究基于连续谱束缚态(BIC)高品质因子Q谐振, 提出了由双空心硅圆柱体组成太赫兹全介质超表面。采用数值模拟方法对结构的透射光谱及电磁场图进行了分析, 并利用本征模分析的方法研究了超表面结构参数对BIC频率的影响, 给出了该BIC超表面在太赫兹大频率范围工作的参数设计方法。结果表明, 在3.0THz左右实现了一个可调高Q环偶极Fano谐振; 本征模式的分析计算结果与入射电磁波模式的分析计算结果对称性不匹配,该超表面支持的是一个对称保护BIC。此研究为基于BIC的高Q超材料在超低阈值激光器件、非线性光学谐波产生及高灵敏度传感等领域的应用提供了理论参考。
光学器件 连续谱束缚态 多极子分析 全介质超表面 高Q谐振 太赫兹 optical devices bound state in the continuum multipole analysis all-dielectric metasurface high-Q resonance terahertz
红外与激光工程
2022, 51(5): 20210602
1 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
2 燕山大学信息科学与工程学院，河北省特种光纤与光纤传感器重点实验室，河北 秦皇岛 066004
基于全介质超材料的电磁属性，提出了一种基于硅缺口盘单谐振器的超表面微流传感装置；利用时域有限差分(FDTD)法进行仿真模拟，仿真结果表明，该结构可以产生三重Fano共振，包括可被入射光直接激发的明偶极共振以及非对称性结构下明暗模式干扰产生的一个高阶模式杂化共振和一个磁共振。另外，分析了结构参数(缺口长度和宽度、结构的周期、硅盘半径和厚度)对Fano共振的影响以及微流装置中分析物厚度对传感特性的影响，得到参数优化后的结构的灵敏度最大可达到400.36 nm/RIU，品质因数Q最大可达到1252.3，并证明了溶液厚度在一定范围内增大可以提升传感检测的性能。
传感器 全介质超表面 Fano共振 微流体传感检测 折射率传感
1 Center for Terahertz Waves, College of Precision Instrument and Optoelectronics Engineering, Key Laboratory of Optoelectronics Information and Technology (Ministry of Education of China), Tianjin University, Tianjin 300072, China
2 Physical Science and Engineering Division, King Abdullah University of Science and Technology, Thuwal 23955-6900, Saudi Arabia
3 School of Electrical and Computer Engineering, Oklahoma State University, Stillwater, OK 74078, USA
Frontiers of Optoelectronics
2021, 14(2): 201–210
