中国矿业大学信息与控制工程学院，江苏 徐州 221116
提出了一种基于电磁诱导透明（EIT）的多功能偏振无关超表面，其基础结构由1个金属十字结构和4个方环结构组成，并引入了可调控材料硅（Si）以及二氧化钒（VO2），以实现温光双控。利用模拟计算和理论模型分析得到了基础结构作为双明模间接耦合形成EIT透明窗口的结论。由于EIT以及可调控材料的特性，本设计可以在分子传感、可控慢光以及双通道温光双控开关等领域实现应用，并且具有优异的性能。该结构对蔗糖溶液的传感灵敏度为97.6 GHz/（kg/m3），在分子检测领域展示出了巨大潜力。该结构实现了对慢光效应的可选择控制。依据EIT的作用机理，提出了利用可调控材料改变结构谐振进而控制电磁响应的设计思路，并实现了一种双通道温光双控开关，为今后的EIT超表面设计提供了参考。
表面光学 超表面 可调控材料 分子传感 慢光效应 温光双控开关
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Advanced Optoelectronic Quantum Architecture and Measurements of Ministry of Education, Beijing Key Laboratory of Nanophotonics and Ultrafine Optoelectronic Systems, School of Physics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
2 School of Physical Science and Technology, Provincial Key Laboratory for Thin Films and Institute for Advanced Study, Soochow University, Suzhou 215006, China
3 State Key Laboratory of Low-Dimensional Quantum Physics, Department of Physics, Frontier Science Center for Quantum Information, Tsinghua University, Beijing 100084, China
4 State Key Laboratory for Mesoscopic Physics & Department of Physics, Collaborative Innovation Center of Quantum Matter & Frontiers Science Center for Nano-optoelectronics, Beijing Academy of Quantum Information Sciences, Peking University, Beijing 100871, China
Topological photonic states have promising applications in slow light, photon sorting, and optical buffering. However, realizing such states in non-Hermitian systems has been challenging due to their complexity and elusive properties. In this work, we have experimentally realized a topological rainbow in non-Hermitian photonic crystals by controlling loss in the microwave frequency range for what we believe is the first time. We reveal that the lossy photonic crystal provides a reliable platform for the study of non-Hermitian photonics, and loss is also taken as a degree of freedom to modulate topological states, both theoretically and experimentally. This work opens a way for the construction of a non-Hermitian photonic crystal platform, will greatly promote the development of topological photonic devices, and will lay a foundation for the real-world applications.
topological rainbow non-Hermitian photonics photonic crystal slow-light effect Chinese Optics Letters
2023, 21(12): 123601
南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室，人工微结构科学与技术协同中心，江苏 南京 210093
高速率、低功耗的小型化电光调制器是现代电通信网络和微波光子系统的关键组成部分。基于人工表面等离激元的慢光效应，设计了一种利用金属光子晶体电极的马赫-曾德尔干涉仪电光调制器。通过在薄膜铌酸锂光子芯片上调控微波色散与群速度，实现了微波与光波之间更强的相互耦合作用。对电光重叠积分因子的分析表明，这种结构相较条形电极结构可以通过更短的传播长度得到相同的相移，实现高效的调制过程。同时，所提慢光效应结构也可以应用于其他集成化的电光器件。
光学器件 电光调制器 人工表面等离激元 慢光效应 薄膜铌酸锂 光学学报
2023, 43(19): 1923001
1 上海理工大学光电信息科学与计算机工程学院，上海 200093
2 上海市现代光学系统重点实验室，上海 200093
基于金属-石墨烯耦合的开口谐振环超材料，在0.8~1.2 THz范围成功实现等离诱导透明效应（PIT）。通过调节石墨烯的费米能级可以在0.929 THz和1.037 THz处实现振幅调制，最大调制深度分别为96.05%和65.40%。通过提出等效电容耦合结构来量化偏置电压与石墨烯费米能级的关系，该结构在慢光应用的研究结果表明，当偏置电压，石墨烯宽度为2 μm时，群延时、群折射率、延时带宽积和Q值分别可达93.12 ps，756.67，9.31，10.19。该研究结果对可调谐慢光器件的应用具有潜在的推动作用。
等离诱导透明 石墨烯 可调谐 慢光效应 太赫兹 光学学报
2023, 43(16): 1623025
太赫兹(Terahertz, THz)波在无线通信、生物医学、无损检测、军用雷达等领域具有潜在的应用前景。研究THz慢光效应对THz通信和检测技术具有非常重要的实际意义。目前已报道的THz慢光效应研究还面临一系列问题。由于具有结构设计灵活和电磁特性可设计的特点, 电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency, EIT)超材料为THz慢光效应提供了崭新的研究平台。介绍了基于EIT超材料的THz慢光效应的基本原理以及近年来的研究进展, 并对THz慢光效应的发展趋势进行了分析和展望。
超材料 太赫兹 慢光效应 电磁诱导透明 metamaterials terahertz slow light effect electromagnetically induced transparency
北京交通大学光波技术研究所全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 北京 100044
设计了一种超材料三维模型,由闭合方环和4个开口谐振方环通过正、反向双开口方环与闭合方环相互耦合来组成,在太赫兹范围内具有多波段电磁诱导透明(EIT)效应。该结构分别实现了在1.21、1.46、1.61、1.98THz这四波段的电磁诱导透明现象,并且谐振强度均达到0.9左右。通过将结构单元进行拆分并相互对比分析,研究了该超材料结构产生多波段EIT效应的物理机理,并重点分析了开口大小、闭合方环尺寸对EIT强度与带宽的影响。通过对三维立体结构仿真分析可知,所设计的超材料不仅在多个波段获得了较高的折射率灵敏度,还具有高强度、多频点的慢光效应。因此,其在折射率传感与光缓存器件等领域,具有良好的应用前景。
材料 超材料 电磁诱导透明 多波段 太赫兹 慢光效应
北京交通大学光波技术研究所全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 北京 100044
设计了一种平面-立式相结合且能够通过三维耦合方式实现多波段宽带电磁诱导透明效应的超材料。通过3个立式开口环与平面闭合方环相互耦合,该超材料结构实现了0.68 THz与1.09 THz双波段的电磁诱导透明现象,带宽分别可达0.38 THz与0.74 THz。通过拆分表面金属结构并相互对比,分别研究了该超材料结构实现多波段与宽带电磁诱导透明效应的机理,同时分析了3个开口环的间距、臂长对电磁诱导透明强度与带宽的影响。仿真分析表明:该超材料结构能够于太赫兹波段实现多频点高强度的慢光效应,并具有较高的折射率灵敏度,在光缓存器件与折射率传感领域有一定的应用价值。
材料 超材料 电磁诱导透明 多波段 宽带 慢光效应 折射率传感 激光与光电子学进展
2018, 55(12): 121601
考虑光子晶体中场局域效应, 在等效介质理论的基础上利用场平均法得到二维三角格光子晶体的等效折射率.该折射率与平面波展开法得到的结果非常吻合.考虑慢光效应对非线性效应的增强, 引入慢光增强因子得到该光子晶体的等效非线性折射率系数.该光子晶体的等效非线性折射率系数表现出强烈的色散效应, 即随归一化频率的增加而逐渐减小, 达到最小值后迅速递增, 体现了场局域效应和慢光效应对光子晶体中非线性效应的共同作用.本文研究对利用人工微结构调控光学非线性效应具有一定参考价值.
非线性效应 等效非线性折射率系数 场平均法 光子晶体 场局域效应 慢光效应 等效折射率 Nonlinear effect Effective nonlinear refractive index coefficient Field averaging method Photonic crystal Local-field effect Slow-light effect Effective refractive index
1 南京信息工程大学数理学院, 江苏 南京 210044
2 广西师范大学电子工程学院, 广西 桂林 541004
以光子晶体缺陷模理论和慢光效应为基础，提出了一种基于光子晶体的多通道滤波器结构用于二维光码分多址(2D-OCDMA)系统编解码的方案，并分析其编码性能。根据耦合模理论，通过缺陷谐振腔的滤波作用，用户光信号按地址码序列切割成多个脉冲序列，完成对用户信号的谱域编码。由于光子晶体波导的慢光效应，微米量级编码器结构的时延可以达到纳米量级，达到正确编解码的标准。设计的2D-OCDMA三码片编码器中心波长分别为1545.00,1555.30和1570.60 nm，缺陷间隔时延为0.4 ns。由于透射谱几乎不存在旁瓣，所以解码时信号基本上不会出现干扰，保证了用户发送和接收信号的准确性。
光学器件 光子晶体 二维光码分多址编解码器 慢光效应 缺陷模 光学学报
2010, 30(s1): s100204
