
Author Affiliations
Abstract
1 Fudan University, State Key Laboratory of Surface Physics, Department of Physics, Shanghai, China
2 Fudan University, Key Laboratory of Micro and Nano Photonic Structures, Shanghai, China
3 Shanghai Research Center for Quantum Sciences, Shanghai, China
4 Beijing Normal University, Center for Advanced Quantum Studies, Department of Physics, Beijing, China
5 Fudan University, Institute for Nanoelectronic Devices and Quantum Computing, Shanghai, China
Precise and ultrafast control over photo-induced charge currents across nanoscale interfaces could lead to important applications in energy harvesting, ultrafast electronics, and coherent terahertz sources. Recent studies have shown that several relativistic mechanisms, including inverse spin-Hall effect, inverse Rashba–Edelstein effect, and inverse spin-orbit-torque effect, can convert longitudinally injected spin-polarized currents from magnetic materials to transverse charge currents, thereby harnessing these currents for terahertz generation. However, these mechanisms typically require external magnetic fields and exhibit limitations in terms of spin-polarization rates and efficiencies of relativistic spin-to-charge conversion. We present a nonrelativistic and nonmagnetic mechanism that directly utilizes the photoexcited high-density charge currents across the interface. We demonstrate that the electrical anisotropy of conductive oxides RuO2 and IrO2 can effectively deflect injected charge currents to the transverse direction, resulting in efficient and broadband terahertz radiation. Importantly, this mechanism has the potential to offer much higher conversion efficiency compared to previous methods, as conductive materials with large electrical anisotropy are readily available, whereas further increasing the spin-Hall angle of heavy-metal materials would be challenging. Our findings offer exciting possibilities for directly utilizing these photoexcited high-density currents across metallic interfaces for ultrafast electronics and terahertz spectroscopy.
terahertz optics ultrafast science nanophotonics Advanced Photonics
2023, 5(5): 056006

Author Affiliations
Abstract
Fudan University, Key Laboratory of Micro and Nano Photonic Structures (Ministry of Education) and Department of Physics, State Key Laboratory of Surface Physics, Shanghai, China
Dynamically controlling terahertz (THz) waves with an ultracompact device is highly desired, but previously realized tunable devices are bulky in size and/or exhibit limited light-tuning functionalities. Here, we experimentally demonstrate dynamic modulation on THz waves with a dielectric metasurface in mode-selective or mode-unselective manners through pumping the system at different optical wavelengths. Quasi-normal-mode theory reveals that the physics is governed by the spatial overlap between wave functions of resonant modes and regions inside resonators perturbed by pump laser excitation at different wavelengths. We further design/fabricate a dielectric metasurface and experimentally demonstrate that it can dynamically control the polarization state of incident THz waves, dictated by the strength and wavelength of the pumping light. We finally numerically demonstrate pump wavelength-controlled optical information encryption based on a carefully designed dielectric metasurface. Our studies reveal that pump light wavelength can be a new external knob to dynamically control THz waves, which may inspire many tunable metadevices with diversified functionalities.
dynamic metasurfaces terahertz quasi-normal-mode theory optical pumping Advanced Photonics
2023, 5(2): 026005
1 河海大学计算机与信息学院, 江苏 南京 211106
2 南京工程学院计算机工程学院, 江苏 南京 211167
随着类果蝇复眼视觉神经计算建模技术的快速发展, 如何提高运动目标的实时检测追踪等仿生应用能力成为类果蝇复眼视觉神经领域的研究难题, 所以研究类果蝇复眼视觉神经计算建模及其仿生应用具有非常重要的意义。类果蝇复眼视觉神经系统是一个高度平行的专用视觉神经网络模型, 并具有适度的复杂性以允许快速进行视觉信息处理。本文首先从类果蝇复眼的生理结构、感光细胞的光电转换、视叶神经的加工处理、中央脑的认知抉择 4个部分详细阐述类果蝇复眼视觉神经计算建模的研究现状, 然后介绍类果蝇复眼视觉神经计算建模在**与民用领域的典型仿生应用, 最后展望了类果蝇复眼视觉神经计算建模的发展趋势与挑战。
类果蝇复眼 视觉神经 仿生应用 光电转换 视叶神经 认知抉择 Drosophila-like compound eye visual nerve bionic application photoelectric conversion optic lobe nerve cognitive decision
南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院,南京 210000
在公共安全、**等领域高分辨率热红外图像能够提供更多的场景细节信息, 有着广泛的应用需求,但高昂的设备成本限制了高分辨率红外图像的获取。为此设计了一种多级跳线深层残差卷积神经网络(DR-CNN), 通过软件超分辨的方法重构出高分辨率的红外图像。采用多级跳线双通道注意力残差块增加卷积深度以解决卷积层间缺乏关联性的问题; 使用Concat模块实现局部特征信息的融合, 利用反卷积层进行特征图像的上采样, 使其直接从低分辨率图像学习到高分辨率图像以降低训练的复杂度, 加快运行速度。所提算法与SRCNN, FSRCNN和ADSR等算法进行对比测试, 使用峰值信噪比(PSNR)和结构相似度(SSIM)作为算法的评价指标。实验结果表明提出的RD-CNN算法优于其他对比算法, 生成的高分辨率图像细节丰富且清晰。
热红外图像 超分辨重建 多级跳线 双通道 注意力残差块 Concat层 thermal infrared image super-resolution reconstruction multi-level skip dual-channel attention residual block Concat layer
中国矿业大学 信息与控制工程学院, 江苏 徐州 221116
该文介绍了一款环形耦合的圆形贴片天线。采用圆形金属贴片作为天线的辐射贴片, 通过在介质板上引入两个谐振环, 产生两个新的工作谐振频段。通过调节圆形贴片和耦合环之间的高度, 进一步拓宽了天线的工作频段。通过3D打印技术对不规则的介质基板进行加工制作, 有效解决了传统加工方法加工难度大及生产周期长的问题。测试结果表明, 该天线在3.8~5.8 GHz工作频段内, 回波损耗小于-10 dB; 在5.1 GHz时, 天线增益达到8.4 dBi; 天线相对带宽为42%, 且具有良好的全向辐射特性。天线的测试结果与仿真结果基本吻合。
圆形贴片天线 耦合环 3D打印技术 全向辐射 circular patch antenna coupling ring 3D printing technology omnidirectional radiation
1 中国矿业大学 信息与控制工程学院,江苏 徐州 221116
2 东南大学 信息科学与工程学院毫米波国家重点实验室,江苏 南京 211189
该文提出了一种带有梯形槽的双脊喇叭天线,天线在口径面和外侧壁引入梯形槽结构,抑制了喇叭外壁上的电流,从而达到降低喇叭天线旁瓣的目的。天线采用3D打印技术,有效地解决了传统方式加工难及一致性差的问题。仿真和实测表明,该天线设计可有效提高天线增益,在工作频带5~10 GHz内天线增益大于10.32 dBi,回波损耗小于-10 dB;在9.6 GHz时峰值增益可达14.61 dBi。将天线喇叭壁设计成空心结构,天线质量减小了74%。测试结果与仿真结果基本一致。
3D打印技术 梯形凹槽 双脊喇叭天线 增益 旁瓣 3D printing technology trapezoidal groove double ridged horn antenna gain sidelobe
为了研究我国干旱地区核设施附近代表性生物剂量系数,以蒙古束颈蝗(Splingonotus mongolicus Saussure)为例,基于解剖学和几何学建立简化解剖学模型和基于CT断层扫描、Photoshop软件及Python编程等建立体素模型,并分别计算环境介质中90Sr、137Cs对蒙古束颈蝗不同组织和器官的内外照射剂量系数。为了验证本次计算结果的可行性,将计算结果与ICRP 108号报告进行了比较。由于ICRP 108号出版物采用整体简化模型,因此本文计算结果采用各个器官剂量系数总体平均值。结果显示:90Sr对蒙古束颈蝗简化解剖学模型内外照射剂量系数分别为6.59×10-4 μGyh-1/Bqkg-1、6.74×10-4 μGyh-1/Bqkg-1;137Cs对蒙古束颈蝗简化解剖学模型内外照射剂量系数分别为1.34×10-4 μGyh-1/Bqkg-1、4.40×10-3 μGyh-1/Bqkg-1;90Sr对蒙古束颈蝗体素模型内外照射剂量系数分别为7.87×10-4 μGyh-1/Bqkg-1、6.74×10-4 μGyh-1/Bqkg-1;137Cs对蒙古束颈蝗体素模型内外照射剂量系数分别为1.33×10-4 μGyh-1/Bqkg-1、3.51×10-3 μGyh-1/Bqkg-1;ICRP 108号出版物中提供的90Sr对参考昆虫的内外照射剂量系数分别为1.00×10-2 μGyh-1/Bqkg-1、3.90×10-10 μGyh-1/Bqkg-1;ICRP 108号出版物中提供的137Cs对参考昆虫的内外照射剂量系数分别为3.20×10-3 μGyh-1/Bqkg-1、2.80×10-3 μGyh-1/Bqkg-1。根据以上数据比较,ICRP 108号报告中提供的内照射剂量系数均比本文建立的剂量学模型计算结果大,外照射剂量系数均小,这可能与生物的体型及采用放射性核素衰变粒子及能量有关。本文采用接近生物体形态的简化解剖学模型及与生物体高度重合的体素模型,更加接近于生物体真实受照情况,精确度高、误差小,证明本次建立的昆虫剂量学模型可行。
蒙古束颈蝗 简化解剖学模型 体素模型 剂量系数 Sphingonotus insects Simplified anatomical models Voxel model Dose coefficients 辐射研究与辐射工艺学报
2022, 40(6): 060702
南京邮电大学 电子与光学工程学院、微电子学院, 南京 210046
为了研究复合涡旋光束的光强与相位特性, 利用不同拓扑荷数的2束零阶径向拉盖尔-高斯(LG)涡旋光束共轴叠加, 产生一种新型的复合涡旋光束, 从理论上研究了拓扑荷数对复合涡旋光束的光强与相位分布特性的影响, 分析了拓扑荷数与中心暗斑直径以及内、外环分叉数的线性关系, 并进行了数值仿真。仿真结果表明: 不同拓扑荷数的2个零阶LG涡旋光束叠加, 光强分布呈亮斑、暗斑相间的模式, 其亮斑数目等于两涡旋光拓扑荷数的差值, 相位分布呈现双环模式, 外、内环分叉数分别由拓扑荷数的较大值、较小值决定, 两者互不影响; 相同拓扑荷数的涡旋光束叠加, 其光强图中亮斑数目是拓扑荷数的4倍, 相位分布图中的分叉数与拓扑荷数相同。
零阶涡旋光束 共轴叠加 光强与相位分布 拓扑荷数 zero-order vortex beam, coaxial superposition, lig
中国矿业大学 信息与控制工程学院, 江苏 徐州 221116
提出了一种表面刻有一对互补开环谐振器(CSRR)的45°扇形基片集成波导谐振腔(SSIWR), 设计并制作了一款结构紧凑且具有高选择性的双层双频平衡带通滤波器。分别利用具有带通特性的CSRR和谐振腔内的TM220模实现了差模双频响应; 模式间的耦合以及缺陷地结构(DGS)的引入使得滤波器在通带附近产生4个传输零点, 提高了带外抑制。此外, 通过平衡结构以及优化的馈电位置, 实现了良好的共模抑制。滤波器的中心频率为10.13 GHz和10.83 GHz, -3 dB带宽为140 MHz和150 MHz, 两通带内的共模抑制分别超过了30.36 dB和29.87 dB, 实测结果与仿真结果基本一致。
平衡滤波器 双频带通滤波器 扇形基片集成波导 双层结构 互补开环谐振器 balanced filter dual-band bandpass filter sector substrate integrated waveguide double-layer structure complementary split-ring resonator
华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室,上海 200241
基于激光冷却技术,理论研究了冷却光参数对镱原子永磁体塞曼减速器的影响。通过对冷却光的光强、有效系数进行计算分析,得到永磁体塞曼减速器的最佳长度。研究永磁体塞曼减速器磁场分布对冷却光偏振和失谐量的依赖关系,发现将塞曼捕获速度设为310 m/s时,若采用失谐量为-400 MHz的σ-光,永磁体塞曼减速器的磁场幅值可较小,此时原子在塞曼减速器末端更容易脱离共振减速过程。根据优化后的冷却光参数,本文结合磁偶极子模型,提出了适用于冷镱原子光晶格钟的横向磁场永磁体塞曼减速器,为星载钟以及可搬运光钟的发展奠定基础。
激光冷却 塞曼减速 永磁体 失谐量 饱和光强 laser cooling Zeeman slower permanent magnet detuning saturation intensity