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
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
提出一种基于镂空蝶形石墨烯的正交偏振转换器。由于石墨烯可以支持表面等离子激元，从而在蝶形的边缘激发连续的等离子体共振。该偏振转换器可以利用较为简单的结构来实现高效宽带的偏振转换性能。数值仿真表明，当石墨烯的费米能级和弛豫时间为0.4 eV和1.0 ps时，偏振转换器可以在0.947~1.452 THz的频率范围内实现偏振转换率大于90%，相对带宽为42.1%，中心频率为1.2 THz。此外，所提出的偏振转换器对入射太赫兹波的入射角表现出较强的鲁棒性，当入射角增加至40°时，偏振转换率在较宽的频率范围内能维持在80%以上。偏振转换器的高效工作频带和偏振转换率的大小还可以通过调节石墨烯的费米能级和弛豫时间来改变，该设计方法可在光子学领域具有巨大的应用潜力。
材料 超材料 偏振转换 可调谐 石墨烯 太赫兹 激光与光电子学进展
2021, 58(17): 1716001
1 山西大学 理论物理研究所,量子光学与光量子器件国家重点实验室,太原 030006
2 山西大学 物理电子工程学院,太原 030006
3 山西大学 现代教育技术学院计算机中心,太原 030006
4 中科院半导体研究所 集成光电子学国家重点实验室,北京 100083
5 晋中学院 数理学院,晋中 030619
本文基于新型材料狄拉克半金属(Dirac semimetals,DSs),设计了一款高纯度宽频带可调谐线偏振转换器,偏振转换率(PCR)超过99％的相对带宽为15.72％。在频段5.25～6.14 THz内,椭度角接近0°,偏振方位角约等于-90°。这种转换性能主要是源于顶层超表面的各向异性和局域的表面等离子体激元谐振(LSPRs)的激发。此外,通过改变费米能的大小可以使所设计的偏振转换器在不同的频带范围内实现宽频带偏振转换。最后,通过半解析的方法对偏振转换特性进行了理论分析。该设计在太赫兹通信、成像、无损检测等领域具有一定的应用价值,同时为宽频带可调谐太赫兹线偏振转换器的设计提供了新思路。
狄拉克半金属 太赫兹 宽频带 可调谐 偏振转换器 Dirac semimetals terahertz broadband tunable polarization converter
北京理工大学 光电学院 光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京 100081
超颖表面作为一类智能表面，通常由特殊设计、加工而得到的特征尺寸接近或小于波长的亚波长纳米天线阵列构成。超颖表面能够实现光场的振幅、相位和偏振的人为调控，具有超薄、超小像素、宽带、低损耗、易加工等优势，设计灵活，功能强大。文中针对超颖表面在全息显示、波前调制和偏振转换、主动可调、非线性波前调控等方向进行综述，并展望未来发展趋势。超颖表面作为一种超薄的、微型化的波前调制器件，具有极大的信息容量，且更能适应未来高度集成的微型光电系统的发展要求，在全息显示、光束整形、涡旋光束的产生、数据存储、加密与防伪、超透镜与色散控制、彩色印刷、非对称传输、非线性光学、光的自旋霍尔效应、光通信与集成光电子学等应用领域提供了潜在的可行性和新的视角，有望取代传统光电器件，展现出了广阔的发展前景。
超颖表面 全息显示 波前调控 偏振转换 主动可调 非线性调控 metasurface holographic display wavefront modulation polarization conversion active tunable nonlinear wavefront modulation 红外与激光工程
2019, 48(10): 1002001
武汉科技大学信息科学与工程学院，湖北 武汉 430081
本文提出了一种基于椭圆形镂空石墨烯的太赫兹宽带可调超表面反射线偏振转换器，通过模拟仿真和法布里-佩罗多重干涉理论进行了验证。设计的超表面模型类似三明治结构，分别由顶层各向异性的椭圆形镂空石墨烯结构、中间介质层和底层金属板组成。仿真结果表明：当给定的石墨烯弛豫时间和费米能级分别为τ =1.0 ps, μc=0.9 eV 时，设计的超表面结构偏振转换率(PCR)在0.98 THz～1.34 THz 的频率范围内超过90%，相对带宽为36.7%。另外，在谐振频点1.04 THz 和1.28 THz，PCR 分别高达99.8%和97.7%，这说明设计的超表面可以将入射的垂直(水平)线偏振波转换为反射的水平(垂直)线偏振波。通过法布里-佩罗多重干涉理论进一步验证了该模型，理论预测与数值仿真结果吻合得比较好。此外，设计的超表面反射线偏振转换特性可以通过改变石墨烯的费米能级和电子弛豫时间来动态的调节。因此，设计的基于石墨烯的可调超表面偏振转换器在太赫兹通信、传感以及太赫兹光谱领域具有潜在的应用价值。
线偏振转换器 超表面 石墨烯 干涉理论 linear polarization converter metasurface graphene interference theory
西北大学 光子学与光子技术研究所 陕西省石墨烯联合实验室, 陕西 西安 710127
通过变角度光谱系统测量了绿带翠凤蝶闪亮后翅中微纳结构的光谱, 并建立了多层膜反射结构模型来解释蝴蝶翅膀的结构色产生机理。通过测量绿带翠凤蝶后翅微结构中的圆二向色性光谱, 研究了其光学偏振特性。基于结构色的特点, 设计并实现了利用蝴蝶翅膀对溶液折射率的传感实验, 结果表明随着折射率的增大, 反射光谱谱线发生红移。相关的研究结果为理解自然界中微结构材料的偏振和传感应用提供了基础。
绿带翠凤蝶 结构色 传感 偏振转换 圆二向色性 Papilio maackii structural color sensing polarization conversion circular dichroism 红外与激光工程
2019, 48(2): 0203006
首都师范大学物理系太赫兹光电子学教育部重点实验室, 北京 100048
提出了一种基于L形微结构单元阵列的太赫兹波段宽带反射式偏振转换器,数值分析了由L形微结构单元阵列超材料、电介质层和金属板组成的偏振转换器的特性。结果表明,所提偏振转换器可以将线偏振波转换为交叉偏振波,还可以在两个特殊频率下将线偏振波转换成圆偏振波。在0.64~1.19 THz的频率范围内,可以实现大于80%转换率的偏振转换,最大偏振转换率达到95%以上。此外,在一定的斜入射条件下,所提偏振转换器可以保持良好的偏振转换性能。
材料 太赫兹 宽带 偏振转换 L形 激光与光电子学进展
2018, 55(4): 041602
上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
从传感光纤的高双折射螺距和光纤结构两方面分析不同螺距下光纤内光的偏振态差异及其受温度变化的影响,对比了PANDA光纤、椭圆芯光纤、保偏微结构光纤的温度特性。结果表明,在全光纤电流传感器(FOCS)中,当传感光纤的螺距LT是光纤对应的未螺旋状态下拍长Lp的2倍时,温度特性最差。LT减小,光纤偏振保持能力减弱,抗物理干扰能力变差。当LT≈Lp时,传感光纤既有较好的温度特性,也有较强的抗外界物理干扰能力。不同结构的传感光纤,传感器比差的范围不同,其中基于微结构保偏光纤的传感光纤,在-40~+70 ℃全温度下未经补偿,传感器比差变化范围最低,仅为±0.32%。
光纤光学 电流传感光纤 温度特性 磁光效应 偏振转换 激光与光电子学进展
2018, 55(2): 020604
