1 桂林电子科技大学信息与通信学院广西高校微电子器件与集成电路重点实验室，广西 桂林 541004
2 桂林电子科技大学光电工程学院，广西 桂林 541004
提出一种偏振不敏感且高选择性的新型纳米结构颜色滤波器。当平面光入射到超材料表面时，金属与介质交界处会发生表面等离子体共振和光学异常透射现象，部分频率的光被束缚在微纳结构中，而其他频率的光发生透射，从而实现滤色效果。采用时域有限差分法，对4种不同结构的滤波器的透射光谱和颜色显示规律进行研究。同时，还研究了结构周期、圆环直径、十字架宽度和偏振角等参数对透射光谱和滤波特性的影响。结果表明：与单层表面等离子结构相比，所提双层等离子体亚表面结构模型的透射率更高；在可见光波段内，该滤波器具有偏振不敏感特性，半峰全宽的最小值为23.26 nm，并且具有90.5%的高透射率。这项研究为下一代颜色滤波器的设计提供了理论参考。
表面光学 高传输效率 偏振不敏感 高选择性 双层等离子体 可见光
1 宁波大学信息科学与工程学院，浙江 宁波 315211
2 温州大学电气与电子工程学院，浙江 温州 325035
提出一种相变材料辅助的非易失性硅基偏振不敏感1×2模式光开关，该器件包括偏振分束单元、偏振合束单元、定向耦合结构单元、偏振不敏感交叉波导以及模式转换单元。通过调谐相变材料的晶态与非晶态，可实现偏振不敏感的多模光开关功能。利用粒子群智能算法和时域有限差分法对所提出的器件进行优化并分析其性能。仿真结果表明，在1535~1569 nm波长范围内：输入TE0模式时，所设计器件的插入损耗小于1.37 dB，串扰小于-13.12 dB；输入TM0模式时，所设计器件的插入损耗小于1.61 dB，串扰小于-17.39 dB。
集成光学 硅基光子学 模式光开关 偏振不敏感 非易失性 光学学报
2023, 43(11): 1113001
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
2 天津大学四川创新研究院，四川 成都 610200
一般的光栅波导式头戴显示器因偏振敏感不能同时使用横电（TE）偏振光和横磁（TM）偏振光进行成像显示。为解决该问题，基于遗传算法与严格耦合波分析法提出了一种偏振不敏感光栅的设计方法。制作了偏振不敏感的光栅波导，进行了光栅波导的衍射效率测量实验。该光栅工作波长为532 nm。耦入光栅对TE偏振光的平均衍射效率从6.1%提高到了21.0%，对TM偏振光的平均衍射效率从13.7%提高到了40.5%，对非偏振光的平均衍射效率从9.9%提高到了30.7%。耦出光栅对TE偏振光的平均衍射效率从3.1%提高到了12.1%，对TM偏振光的平均衍射效率从0.8%提高到了10.7%，对非偏振光的平均衍射效率从1.9%提高到了11.4%。搭建了显示系统样机，测试表明显示效果清晰明亮。实现了30°×22°的大视场角，验证了偏振不敏感光栅波导设计方法和非偏振图像源在增强现实领域的可用性，为波导型增强现实系统的研究与发展提供一定的指导作用。
增强现实显示 波导光栅 偏振不敏感光栅 衍射效率 激光与光电子学进展
2022, 59(20): 2011018
1 中国电子科技集团公司第十三研究所，河北 石家庄 050050
2 北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室，北京 100876
耦合光电振荡器利用有源再生主动锁模技术极大地缩短了光纤环腔长度，有效提升了低相噪光电振荡器的集成度与稳定性。针对传统耦合光电振荡器存在的偏振敏感和超模杂散问题，本团队构建了基于180 m非保偏光纤环腔的启钥式耦合光电振荡器，实现了耦合光电振荡器的开机稳定起振和超模杂散抑制，产生的10 GHz射频信号相位噪声和杂散抑制比分别优于－125 dBc/Hz@10 kHz和76.3 dB。
光纤光学 低相噪振荡器 启钥式耦合光电振荡器 偏振不敏感 中国激光
2022, 49(18): 1815001
1 南京邮电大学电子与光学工程学院，江苏 南京 210023
2 南京邮电大学贝尔英才学院，江苏 南京 210023
为了解决宽带吸收器结构设计复杂的问题，提出了一种结构简单、偏振不敏感、吸收性能优良的超材料太赫兹宽带吸收器。该吸收器采用对称结构设计，以金属层--介质层--金属层的三层架构为基础。其中，介质层中嵌入了两个不同尺寸的圆形金属片，从而形成多层结构。采用频域有限元法(Frequency Domain Finite Element Method, FEM)分析了该吸收器的宽带吸收率、偏振敏感性和入射角度等特性。仿真结果表明: 该吸收器可以实现5.86~7 THz的宽带吸收，吸收带宽为1.14 THz，带宽内的吸收率在95%以上，且对于垂直入射的电磁波偏振并不敏感，在一定入射角度内依然保持宽带吸收。该吸收器结构设计简单且具有优良的性能，在太赫兹成像和电磁隐身等领域中具有重要的应用价值。
太赫兹 超材料 多层结构 偏振不敏感 宽带吸收器 terahertz metamaterial multilayer structure polarization-insensitive broadband absorber
1 北京信息科技大学，北京 100192
2 中国科学院微电子研究所，北京 100029
红外焦平面阵列在各类红外成像系统中发挥着巨大的作用。为提升红外焦平面的工作温度、量子效率和灵敏度，通常使用微透镜阵列作为红外焦平面的聚光器。当前微透镜阵列的制作材料通常与红外探测器材料不同，因此在集成装配时需要额外的工艺手段，工艺难度较大且效率较低。利用微纳光学超表面技术体系，可以在红外探测器衬底材料上直接制作平面式的固体浸没型微透镜阵列，实现前置微透镜与红外焦平面的单片集成。文中以红外探测领域最有潜力的锑化物Ⅱ类超晶格红外探测器为应用目标，设计了一种基于GaSb衬底的固体浸没式红外超表面透镜。设计的超表面透镜在中波红外波段工作，能适用于所有入射偏振。器件设计焦距为100 μm，理论上在目标波长下的最高聚焦效率达到70.7%，数值孔径(NA)达到1.15。该设计可以推动微透镜阵列向扁平、超薄、轻量的方向发展，简化微透镜阵列与红外焦平面阵列的集成工艺，有望提升红外焦平面的探测效率，并降低制造成本。
超表面透镜 固体浸没 中波红外 传输相位 偏振不敏感 metalens solid-immersion mid-wave infrared transmission phase polarization insensitive 红外与激光工程
2022, 51(3): 20210360
1 南京邮电大学 电子与光学工程学院、微电子学院, 南京 210023
2 南京邮电大学 贝尔英才学院, 南京 210023
为了易于后续加工, 提出了一种偏振不敏感的太赫兹双频窄带吸收器, 其单元结构为金属谐振层-介质层-金属衬底层, 面积为25 μm×25 μm, 厚度仅为3 μm。通过S参数, 分析了器件单元结构的尺寸参数与共振频率、吸收率之间的关系。仿真结果表明:该吸收器在1.508 THz和2.464 THz共振频率处的吸收率均达到98.8%以上, 而且对入射电磁波偏振方式无限制, 在0°~40°的入射角度范围内仍然保持着良好的吸收性能。
太赫兹 超材料 多频吸收器 窄带吸收 偏振不敏感 terahertz metamaterials multi-frequency absorbers narrowband absorption polarization insensitive
1 中国科学院微电子研究所，北京 100029
2 四川智溢实业有限公司，四川 成都 610041
超材料完美吸波体是一种典型的电磁功能材料，在包括高效太阳能利用等领域有巨大的应用前景。迄今的工作主要集中在工作波长的可调谐性以及双波段、三波段甚至宽带吸收方面。激光防护等特殊应用要求超材料完美吸波体在指定波长附近拥有窄带吸收性能，然而这方面的研究当前还比较少。基于铝反射镜-SiO2介质层-铝圆盘的三层结构，设计并数值模拟研究了一种工作在1 064 nm的窄带超材料完美吸波体。通过对比发现，相比于利用小尺寸结构单元的表面等离子体振荡基模，利用大尺寸结构单元的表面等离子体振荡高阶模式，可以在指定波长处得到线宽更窄的完美吸收效果。进一步，通过对介质层厚度、圆盘直径和晶格周期等主要结构参数进行系统研究，揭示了各个结构参量对于超材料完美吸波体光学响应的影响规律。在此基础上，通过对结构参数的优化，最终得到了透过率为0、反射率低至8.56×10?5、模式线宽约为55 nm的高性能、窄带超材料完美吸波体设计。由于该工作中涉及的所有材料均CMOS兼容，同时结构单元的特征尺寸也处于光刻技术易于加工的区间，因此拥有良好的大规模实际应用前景。
超材料 表面等离子体 窄带完美吸波体 CMOS兼容 偏振不敏感 metamaterial plasmonics narrow-band perfect absorber CMOS compatibility polarization insensitive 红外与激光工程
2020, 49(5): 20190489
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
设计了一种太赫兹频段偏振不敏感宽带吸波器,吸收谱半峰全宽(FWHM)为2.29 THz,吸收率在97%以上的带宽约为1.65 THz,在某些谐振频率点的吸收率可达99.9%,实现了近100%的完美吸收。该吸波器将3层结构相同但尺寸不同的周期单元堆叠,有效扩展了带宽。分析了吸收机理,讨论了不同结构参数对吸收性能的影响。仿真结果表明,该吸波器具有与偏振无关的吸收特性,可在一定的入射角度范围内保持较宽的带宽。具有偏振不敏感特性的宽带高吸收率太赫兹吸波器在太赫兹成像、太赫兹波探测、电磁隐身等应用中具有非常重要的研究价值。
材料 超材料 太赫兹 宽带吸波器 偏振不敏感 中国激光
2019, 46(12): 1214002
