作者单位
摘要
中国计量大学太赫兹波研究所,浙江 杭州 310018
传统太赫兹多功能超表面器件只适用于对圆极化波或线极化波进行单独操控,应用场景受到局限。针对这一问题,提出一种全向双功能太赫兹超表面用于对圆极化和线极化波进行操控。该超表面单元由4层聚酰亚胺介质以三明治形式分隔5个金属层(顶层和底层椭圆金属图案、第3和第7层的金属光栅以及中间矩形金属条结构)组成。当圆极化太赫兹波入射时,该超表面结构在频率1.4 THz和1.5 THz处产生拓扑荷数l=±1、±2涡旋波束,在1.3 THz处产生l= -1四个涡旋波束和l=+2偏移涡旋波束,并且在1.5 THz处同时产生l=-1、+2叠加涡旋波束。当线极化太赫兹波从±z方向入射时,所设计的超表面在频率0.72 THz处实现透射波极化转换功能,极化转换率大于95%。研究结果表明,该超表面为实现双向多功能太赫兹波调控器件设计提供了一种创新思路。
太赫兹 涡旋波束发生器 极化转换 多功能 
光学学报
2024, 44(3): 0323001
作者单位
摘要
山西大学 物理电子工程学院 山西 太原 030006
基于施加偏置电压后固态等离子体(SSP)可以在金属态或介质态之间进行切换的特性,设计了一种基于SSP材料的可重构双功能超材料极化转换器。研究结果表明,当SSP为金属态时,所设计的超材料极化转换器可以在较宽的频率范围内实现反射式线- 线极化转换,转换效率超过98%。当SSP为介质态时,所设计的超材料极化转换器工作在透射模式下,此时可以实现透射式线- 圆极化转换。通过表面电流分布解释了极化转换的物理机理;通过改变结构参数,研究了SSP处于金属态和介质态时的极化转换性能,证明了所设计的基于SSP的超材料极化转换器不仅具有可重构的极化转换特性,而且对结构参数的轻微变化能够保持良好的鲁棒性,有利于实际制作和实验验证。此外,入射角度的轻微变化,对两种状态下的极化转换特性不会产生大的影响,也满足实际需求。所设计的超材料极化转换器不仅可以满足不同工作模式、不同转换性能的应用需求,而且在通信、传感和成像方面具有潜在应用前景。
固态等离子体 线- 线极化转换 线- 圆极化转换 可重构 solid-state plasma linear-to-linear polarization conversion linear-to-circular polarization conversion reconfiguration 
量子光学学报
2023, 29(2): 020802
Author Affiliations
Abstract
1 School of Electronics Information Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China
2 Aerospace Institute of Advanced Material & Processing Technology, Beijing 100074, China
3 School of Information Science and Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China
4 Hubei Longzhong Laboratory, Xiangyang 441000, China
In this paper, we propose an ultrabroadband chiral metasurface (CMS) composed of S-shaped resonator structures situated between two twisted subwavelength gratings and dielectric substrate. This innovative structure enables ultrabroadband and high-efficiency linear polarization (LP) conversion, as well as asymmetric transmission (AT) effect in the microwave region. The enhanced interference effect of the Fabry–Perot-like resonance cavity greatly expands the bandwidth and efficiency of LP conversion and AT effect. Through numerical simulations, it has been revealed that the cross-polarization transmission coefficients for normal forward (-z) and backward (+z) incidence exceed 0.8 in the frequency range of 4.13 to 17.34 GHz, accompanied by a polarization conversion ratio of over 99%. Furthermore, our microwave experimental results validate the consistency among simulation, theory, and measurement. Additionally, we elucidate the distinct characteristics of ultrabroadband LP conversion and significant AT effect through analysis of polarization azimuth rotation and ellipticity angles, total transmittance, AT coefficient, and electric field distribution. The proposed CMS structure shows excellent polarization conversion properties via AT effect and has potential applications in areas such as radar, remote sensing, and satellite communication.
chiral metasurface linear polarization conversion asymmetric transmission Fabry–Perot-like resonance electromagnetic interference model 
Chinese Optics Letters
2023, 21(11): 113602
作者单位
摘要
1 中国计量大学 信息工程学院 浙江省电磁波信息技术与计量检测重点实验室,浙江 杭州 310018
2 天津大学 精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
本文提出了一种基于二氧化钒(VO2)相变特性的开口谐振环结构多功能超材料器件。该器件由VO2填充的开口谐振环和中心放置十字的顶层、聚酰亚胺(PI)介质层和金属基底构成。VO2在绝缘态时,可以实现交叉极化转换功能,在0.48~0.87 THz范围内,偏振转换率大于90%。当VO2为金属态时,该器件能够实现双频吸收和高灵敏度传感功能。在1.64 THz和2.15 THz频率处的吸收率大于88%。通过改变样品材料的折射率,两个频率点处的传感灵敏度分别约为25.6 GHz/RIU和159 GHz/RIU,品质因子Q分别为71.34和23.12。所提出的超材料多功能器件具有结构简单、可切换功能和高效率极化转换等特性,在未来太赫兹通信、成像等领域都有潜在的应用价值。
太赫兹超材料 多功能器件 吸收 偏振转换 传感 terahertz metamaterial multifunctional device absorption polarization conversion sensing 
中国光学
2023, 16(3): 514
作者单位
摘要
云南大学信息学院,云南 昆明 650500
提出了一种基于狄拉克半金属的宽带可切换双功能太赫兹极化转换器。该极化转换器由谐振结构和经聚乙烯环烯烃共聚物介质层隔开的金薄膜组成。通过调整狄拉克半金属的费米能级,设计的超表面可以从四分之一波片切换到二分之一波片。数值仿真结果表明:当费米能级为70 meV时,超表面为四分之一波片,可在1.955~2.071 THz频率范围内将入射的线极化波转换为左旋圆极化波,在2.606~3.490 THz频率范围内将入射的线极化波转换为右旋圆极化波,且在1.955~2.071 THz和2.606~3.490 THz两个频率范围内的椭圆率分别接近于±1;当费米能级为160 meV时,超表面为二分之一波片,在2.599~3.638 THz内可将y极化波转换为x极化波,极化转换率超过90%。此外,相比其他结构,该结构在较大的入射角下可以维持相同的性能,还可以通过改变狄拉克半金属的费米能级动态调节其极化转换性能。该设计方法可应用于无线通信、太赫兹传感和成像等领域中。
材料 超材料 狄拉克半金属 可切换双功能 太赫兹 极化转换 
激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1716003
作者单位
摘要
1 山西工程科技职业大学信息工程学院, 山西 晋中 030619
2 中北大学仪器与电子学院, 山西 太原 030051
提出了一种基于二氧化钒(VO2)和石墨烯材料的温度电压双可控宽带极化转换/吸收超表面。通过调控超表面中VO2和石墨烯的电导特性能够实现对极化转换和吸收功能的控制。结果显示:当VO2处于金属态且石墨烯处于绝缘态时,超表面工作在宽带极化转换模式,在1.57~2.49 THz范围内可实现线极化转换功能;当VO2处于绝缘态且石墨烯处于金属态时,超表面的工作状态切换为吸收模式,在1.56~2.99 THz范围内的吸收率均大于90%;极化转换和吸收性能可以分别通过控制VO2的温度和石墨烯的偏置电压来调控。此外,通过本征模、阻抗匹配理论和电流磁场分布解释了该超表面的工作原理,并讨论了其工作性能在不同结构参数和入射角度下的稳定性。
表面光学 超表面 极化转换 吸收 二氧化钒 石墨烯 
光学学报
2022, 42(8): 0824001
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Opto-Electronics Information Technology (Tianjin University), Ministry of Education, School of Precision Instruments and Opto-Electronics Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China
2 Department of Optoelectronic Information Science and Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China
Phase-modulated metasurfaces that can implement the independent manipulation of co- and cross-polarized output waves under circularly polarized (CP) incidence have been proposed. With this, we introduce one particular metasurface composed of meta-atoms with a phase difference of 2π/3 to generate specific elliptically polarized waves under various polarized incidences. Furthermore, a metasurface composed of these above meta-atoms and the meta-atoms with a phase difference of π/3 arranged in a certain rule can realize polarization conversion function between linearly polarized and CP states. The designs shed new light on multifarious optical devices and may further promote the development of metasurface polarization optics.
phase-modulated metasurfaces polarization conversion multiplexing 
Chinese Optics Letters
2022, 20(4): 043601
作者单位
摘要
西南交通大学 物理科学与技术学院,成都 610031
为了实现天线罩的轻量化,同时满足高功率的应用,提出了一种高功率内置弧形折线栅式极化转换天线罩。该天线罩将弧形折线栅式极化转换板放置于介质密封罩内部,通过对弧形折线栅单元结构及介质密封罩结构的联合设计,在实现轻量化的同时降低了金属栅上的电场,使其更加有利于在高功率微波领域的工程应用。针对C波段高功率线极化螺旋阵列天线的应用需求,优化设计了一个中心频率为4.3 GHz的高功率极化转换天线罩,将其加载至某高功率径向线螺旋阵列天线上开展了辐射特性和功率容量的仿真和测试,仿真和实验结果吻合,该天线罩可实现圆极化波到线极化波的转换,其中心频率下的插入损耗为0.2 dB,主射方向轴比为20 dB,功率容量达到48 MW。
高功率微波 极化转换 天线罩 内置弧形折线栅 high power microwave polarization conversion radome built-in curved meander-line 
强激光与粒子束
2022, 34(2): 023001
作者单位
摘要
1 山西大学物理电子工程学院,山西 太原 030006
2 山西大同大学微结构电磁功能材料省市共建山西省重点实验室,山西 大同 037009
为了在宽频内实现可开关的高效率线极化转换,设计了一个嵌入PIN二极管的十字架型极化转换超表面。仿真结果显示,当PIN二极管处于导通状态时,在4.03~7.71 GHz范围内,该超表面的极化转换率超过90%,相对带宽为62.7%;当PIN二极管处于截止状态时,该超表面在工作频段相当于反射板。通过理论分析和表面电流分布解释了极化转换机理。最后,对所制作样品的实验测量进一步证实了该超表面可开关的极化转换效果。所设计的超表面有望应用于电磁兼容和极化探测等领域。
材料 超表面 可开关极化转换 PIN二极管 宽带 
中国激光
2022, 49(3): 0303001
作者单位
摘要
云南大学信息学院,云南 昆明 650000
提出了一种基于石墨烯-金属混合的超表面,该超表面可以通过调节石墨烯的费米能级实现在四分之一波片和二分之一波片之间的自由切换。数值仿真结果表明:当石墨烯的费米能级为0 eV时,所提出的超表面可以在1.465~3.44 THz的频率范围内实现线性极化波到右旋圆极化波的转换,相对带宽为96.5%,绝对带宽为1.975 THz。当石墨烯的费米能级等于1 eV时,超表面变为宽带交叉偏振转换器,即二分之一波片,可以在1.173~3.44 THz的频率范围内实现偏振转换率大于80%,相对带宽为98.7%,绝对带宽为2.267 THz。此外,所提出的宽带可切换超表面对入射角的稳定性较强。因此可以在传感、成像等领域有很好的应用前景。
光学器件 超材料 太赫兹 石墨烯 可切换 偏振转换 
激光与光电子学进展
2021, 58(23): 2323001

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