提出了一种基于超表面结构的反射式太赫兹双频带线极化转换器，采用典型“三明治”结构，上下两层为金属层，中间层为介质层，实现了线极化波由x极化波到y极化波的有效转换。研究结果表明，该极化转换器在0.611~0.713 THz和1.335~1.364 THz两个频带内极化转换率达到90%以上；在0.626~0.677 THz和1.340~1.360 THz两个频带内极化转换率接近100%，实现了完美的线极化转换。利用表面电流分布，详细阐明了其极化转换机制。基于干涉模型理论进一步计算得到的极化转换率与仿真值吻合。该极化转换器结构设计简单，便于加工，在太赫兹通信、成像和探测领域有着广泛的应用前景。
光谱学 太赫兹 超表面 极化转换器 双频带 干涉模型 激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1930002
红外与激光工程
2022, 51(2): 20210878
1 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院, 广西 桂林 541004
2 桂林信息科技学院, 广西 桂林 541004
设计了一种基于二氧化钒(VO2) 复合超表面的太赫兹带宽可调极化转换器。该转换器由VO2复合超表面、聚酰亚胺(PI)介质层和金属基底构成。其中,VO2复合超表面的单元结构包含一个金属圆环、两根金属棒和嵌在其中的一小块VO2。VO2为绝缘态时,转换器在1.58~2.08 THz范围内交叉极化的反射率可达80%以上,极化转换率(PCR)大于95%,具有很强的极化转换效果。通过电触发使VO2相变为金属态时,交叉极化的反射率在80%以上的频段缩小为2.04~2.08 THz,此频段的PCR大于95%。并且,VO2相变使PCR在95%以上的相对带宽由27% 降低到1.9%。此外,还分析了PI介质层厚度与入射极化角度对器件PCR的影响。其中,当太赫兹波沿40°~ 55°极化方向入射时,PCR均高于80%。这种带宽可调的宽带极化转换器在未来太赫兹通信、成像等领域有潜在的应用价值。
太赫兹技术 二氧化钒 复合超表面 极化转换器 带宽可调 相变材料 中国激光
2021, 48(17): 1714001
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
Author Affiliations
Abstract
1 School of Information and Communication, Guilin University of Electronic Technology, Guilin 541004, China
2 Key Laboratory of THz Technology, Ministry of Education, Chengdu 610054, China
A metal–graphene hybrid metasurface polarization converter is designed in this Letter. The unit cell of the hybrid metasurface is composed of a butterfly-shaped structure whose branches are connected by multi-layer graphene sheets. The proposed device can be reconfigured from linear-to-circular polarization to cross-polarization by changing the Fermi energy of graphene. The simulation results show that for three-layer graphene, the device acts as a linear-to-circular polarization converter when EF = 0 eV and switches to a cross-polarization converter when EF = 0.5 eV. Compared with single-layer graphene, the device with three-layer graphene can maintain the cross-polarization conversion performance under low Fermi energy. Furthermore, two equivalent circuits in the x and y directions are developed to understand the working mechanism of the device.
graphene metasurface polarization converter THz Chinese Optics Letters
2020, 18(1): 013102
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
提出了一种由表层矩形金属周期图案、聚酰亚胺薄膜基底和金属反射面组成的新型反射型极化变换器。为了降低极化变换器对基底厚度的敏感度, 增大工作带宽, 该设计采用将传统反射型极化变换器表层金属线栅开口截断和增大金属线栅宽度的方法, 引进了表层金属图案对两正交极化方向电磁场的等效电容电感效应, 进行相位调制。仿真结果表明中心频率为 500 GHz时, 工作带宽可达到 140 GHz, 插入损耗小于0.5 dB, 并且在一定基底厚度条件下误差在一定范围内, 整体性能几乎无变化。仿真表明该极化变换器有效增大了工作带宽, 并降低了对基底厚度敏感度。提出了薄膜光刻工艺来对设计的极化变换器进行加工制作。
太赫兹( Terahertz) 反射型 极化变换器 薄膜光刻工艺 Terahertz reflective type polarization converter flexible thin -film photoetching method 太赫兹科学与电子信息学报
2018, 16(3): 388
提出了一种反射型太赫兹超材料极化转换器。该极化转换器结构单元由典型的三层结构组成, 上、下两层为金属层, 中间为介质层, 顶层金属层由一个开口谐振环和一个镂空圆盘组成。研究结果表明: 该极化转换器能够将x极化波转换为y极化波, 在 0.5840~1.3520THz频带上极化转换率大于80%, 在0.6424、0.9364和1.3018THz处极化转换率接近100%。该极化转换器结构简单、便于加工, 且能实现宽频带极化转换, 在太赫兹波通信、成像等方面有广阔的应用前景。
太赫兹 超材料 极化转换器 极化转换率 terahertz metamaterial polarization converter polarization conversion ratio
1 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 2300093
提出了一种基于单层超表面的双频太赫兹波线偏振变圆偏振转换器。该偏振转换器采用两个不同尺寸的十字型金属缝阵列结构形成两个线偏振变圆偏振转换频点, 从而实现双频的太赫兹波线偏振变圆偏振转换。计算结果表明, 设计的偏振转换器能在0.760 THz和1.068 THz将一束线偏振太赫兹波转换为圆偏振太赫兹波。该双频的线偏振变圆偏振转换器仅由单层的超表面组成, 结构简单易于制备, 因而为操控电磁波和设计新颖的太赫兹波器件提供了参照。
太赫兹波 线偏振变圆偏振转换器 超表面 双频 terahertz linear-to-circular polarization converter metasurface dual-band
中国科学技术大学光学与光学工程系,安徽 合肥 230026
利用转移矩阵方法计算了双面金属包覆单轴晶体波导结构中的色散曲线、反射谱。 结果表明,双面金属包覆结构使波导可以被自由空间光场激发;单轴晶体的光轴取向能对 该结构中的波导模式进行调控,使入射光波中的Ey、Ez分量发生相互转换耦合, 从而在波导层中形成杂化模。通过调节耦合金属层厚度可控制出射光偏振状态, 实现TE线偏振入射光向TM线偏振反射光的转换以及线偏振入射光向圆偏振反射光的转换。
纤维与波导光学 偏振转换 转移矩阵 fiber and waveguide optics polarization converter transfer matrix
