Author Affiliations
Abstract
1 School of Electronics Information Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China
2 Aerospace Institute of Advanced Material & Processing Technology, Beijing 100074, China
3 School of Information Science and Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China
4 Hubei Longzhong Laboratory, Xiangyang 441000, China
In this paper, we propose an ultrabroadband chiral metasurface (CMS) composed of S-shaped resonator structures situated between two twisted subwavelength gratings and dielectric substrate. This innovative structure enables ultrabroadband and high-efficiency linear polarization (LP) conversion, as well as asymmetric transmission (AT) effect in the microwave region. The enhanced interference effect of the Fabry–Perot-like resonance cavity greatly expands the bandwidth and efficiency of LP conversion and AT effect. Through numerical simulations, it has been revealed that the cross-polarization transmission coefficients for normal forward (-z) and backward (+z) incidence exceed 0.8 in the frequency range of 4.13 to 17.34 GHz, accompanied by a polarization conversion ratio of over 99%. Furthermore, our microwave experimental results validate the consistency among simulation, theory, and measurement. Additionally, we elucidate the distinct characteristics of ultrabroadband LP conversion and significant AT effect through analysis of polarization azimuth rotation and ellipticity angles, total transmittance, AT coefficient, and electric field distribution. The proposed CMS structure shows excellent polarization conversion properties via AT effect and has potential applications in areas such as radar, remote sensing, and satellite communication.
chiral metasurface linear polarization conversion asymmetric transmission Fabry–Perot-like resonance electromagnetic interference model 
Chinese Optics Letters
2023, 21(11): 113602
刘海 1,2赵思怡 1,2陈聪 1,2高鹏 1,2[ ... ]李雷 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国矿业大学 教育部地下空间智能控制工程研究中心,徐州 221116
2 中国矿业大学 信息与控制工程学院,徐州 221116
设计了一种金属/介质/金属复合光栅与梯度超表面相结合的多功能器件。通过复合光栅的非对称结构实现光的非对称传输,当调制后的波矢量与表面等离极化激元的波矢量相匹配时,金属光栅激发的表面等离极化激元产生单波段光传输;通过梯度超表面实现光的异常反射。当x偏振态光波入射时,不同入射方向可在不同波段激发表面等离极化激元,由于上下光栅的不同周期和非对称的介质环境,光栅可分别在1 128 nm和1 550 nm处实现高透射率;另外在反向入射方向,该器件在1 300~1 400 nm整个波段表现为零吸收,反射率大于90%,可作为反射器。当y偏振态光波入射时,在反向入射方向器件通过相位梯度超表面实现异常反射。该结构可为各种偏振相关的多功能器件和集成光学元件提供参考。
复合光栅 非对称传输 梯度超表面 表面等离极化激元 异常反射 Composite grating Asymmetric transmission Gradient metasurface Surface plasmon polaritons Abnormal reflection 
光子学报
2023, 52(9): 0923002
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Micro-Nano Optics, College of Physics and Electronic Engineering, Sichuan Normal University, Chengdu 610101, China
2 Physik-Department, Lehrstuhl für Funktionelle Materialien, Technische Universität München, James-Franck-Straße 1, 85748, Garching, Germany
3 Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ), Technische Universität München, Lichtenbergstraße. 1, 85748, Garching, Germany
4 Tianjin Huahuixin Technology Group Co., Ltd, Zhongtian Avenue, Tianjin 300467, China
Optical logic gates play important roles in all-optical logic circuits, which lie at the heart of the next-generation optical computing technology. However, the intrinsic contradiction between compactness and robustness hinders the development in this field. Here, we propose a simple design principle that can possess multiple-input-output states according to the incident circular polarization and direction based on the metasurface doublet, which enables controlled-NOT logic gates in infrared region. Therefore, the directional asymmetric electromagnetic transmission can be achieved. As a proof of concept, a spin-dependent Janus metasurface is designed and experimentally verified that four distinct images corresponding to four input states can be captured in the far-field. In addition, since the design method is derived from geometric optics, it can be easily applied to other spectra. We believe that the proposed metasurface doublet may empower many potential applications in chiral imaging, chiroptical spectroscopy and optical computing.
metasurface polarization control asymmetric transmission logic gate 
Opto-Electronic Advances
2023, 6(7): 220073
作者单位
摘要
宁波大学信息科学与工程学院,浙江 宁波 315211
手征超表面是由具有特定电磁响应的平面手征单元结构构成的超薄超材料,由于其具有自由控制电磁波的奇异能力而引起了极大的关注。通过在超表面设计中加入可调谐材料,可以实现其功能受外部激发控制的可调谐或可重构的超器件,为动态调谐电磁波开辟了新的道路。本文介绍了可调/可重构手征超表面电磁特性的一些理论基础,当线偏振光进入可调谐手征超表面时,会被分解为左旋圆偏振(LCP)波和右旋圆偏振(RCP)波,通过外部环境改变介质的介电常数和磁导率,超表面光器件可以动态地控制各种偏振光特别是圆偏振光的响应特性如折射率、二色性、旋光性、不对称传输等。按照可调谐手征超表面所控制的负折射率、圆二色性和旋光性、不对称传输性质,对其最新的研究进展进行了综述。最后,对可调谐手征超表面这一快速发展领域未来可能的发展方向和存在的挑战提出了自己的看法。
可调谐手征超表面 负折射 圆二色性和旋光性 不对称传输 tunable chiral metasurface negative refraction circular dichroism and optical rotation asymmetric transmission 
光电工程
2021, 48(2): 200218
韩雪婷 1,2费宏明 1,2,*林瀚 3杨毅彪 1,2[ ... ]智文强 1,2
作者单位
摘要
1 太原理工大学物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
2 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 山西 太原 030024
3 斯威本科技大学埃米材料转化中心, 澳大利亚 维多利亚 3122
从理论上提出了一种可以实现圆偏振光波非对称传输的器件设计。该器件是由锗、硅以及空气孔洞构成的具有完全光子禁带的二维光子晶体异质结构。本研究通过在光子晶体中引入线缺陷,构成能够实现高正向透射的光波导结构,同时设计可将光波发散的微腔结构并结合全反射原理抑制反向入射光,实现圆偏振光非对称传输,最终实现了圆偏振光在光通信波段(1550 nm)附近的高正向透射率(可达0.726)的非对称传输。圆偏振是具有固定相位差(π/2)的任意正交线偏振光的线性叠加,本研究设计的结构同时可以实现任意线偏振光的非对称传输,因此具有广泛的应用前景,其应用领域包括量子通信、信息处理、集成光学。
集成光学 圆偏振光 完全光子禁带 全反射界面 非对称传输 integrated optics circularly polarized light complete photonic bandgap total reflection interface asymmetric transmission 
光学学报
2021, 41(9): 0913002
作者单位
摘要
空军工程大学基础部, 陕西西安 710051
为了研究手征超表面在中红外波段的非对称传输特性, 设计了一种基于 L型结构的手征超表面单元。利用 CST电磁软件进行仿真分析, 结果表明在 68.92~88.68 THz范围内非对称传输参数大于 0.8, 在 73.25 THz处非对称传输参数达到极值为 0.88, 由此可知该结构在中红外波段具有良好的非对称传输特性; 通过分析表面电流分布和透射场相位分布, 阐明了该手征超表面的极化选择性反射和交叉极化透射机理; 对单元结构手征强弱和非对称传输特性的关系进行了讨论, 并研究了介质层、金属层的厚度以及电磁波入射角度对非对称传输特性的影响。
非对称传输 手征超表面 线偏振 中红外 asymmetric transmission, chiral hypersurface, line 
红外技术
2021, 43(3): 272
Author Affiliations
Abstract
1 College of Energy, Soochow University, Suzhou 215006, China
2 School of Physical Science and Technology, Soochow University, Suzhou 215006, China
3 College of Science, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 211106, China
4 School of Science, North University of China, Taiyuan 030051, China
In this work, inspired by advances in twisted two-dimensional materials, we design and study a new type of optical bi-layer metasurface system, which is based on subwavelength metal slit arrays with phase-gradient modulation, referred to as metagratings (MGs). It is shown that due to the found reversed diffraction law, the interlayer interaction that can be simply adjusted by the gap size can produce a transition from optical beam splitting to high-efficiency asymmetric transmission of incident light from two opposite directions. Our results provide new physics and some advantages for designing subwavelength optical devices to realize efficient wavefront manipulation and one-way propagation.
asymmetric transmission high efficiency bi-layer metagratings abrupt phase control 
Chinese Optics Letters
2021, 19(4): 042602
作者单位
摘要
重庆邮电大学 光电工程学院, 重庆 400065
提出一款双层双L形太赫兹非对称传输器件, 其结构单元由典型的金属-介质-金属结构组成, 顶层为轴对称的双L形金属层, 底层为中心对称的双L形金属层。在1.174~1.420THz范围内, 当x极化波正向垂直入射时, 该器件的非对称传输参数大于0.6, 其中在1.207~1.377THz范围内非对称传输参数大于0.8, 在1.334THz时非对称传输参数达到峰值0.859。最后, 讨论了材料的选择和入射角度对器件非对称传输性能的影响。该非对称传输器件具有频带宽、非对称传输明显等特点, 可用于太赫兹二极管、太赫兹开关等功能器件。
太赫兹 非对称传输 超材料 线极化波 terahertz asymmetric transmission metamaterial linearly polarized wave 
半导体光电
2019, 40(4): 472
作者单位
摘要
新疆大学物理科学与技术学院, 新疆 乌鲁木齐 830046
为了研究手性超材料非对称传输特性,设计了一种基于连通“F形”金属结构的手性超材料,利用COMSOL软件进行了数值模拟。数值模拟结果表明:当谐振频率分别为0.77 μm和0.61 μm时,非对称传输系数能够达到0.045和0.01。对其结构参数进行了优化,得到了良好的非对称性传输。该结构具有成本低、结构简单,且容易制备等优点,其对于偏振转换器、电磁开关等功能器件具有应用价值。
非对称性传输 左旋圆偏振光 右旋偏振光 平面手性超材料 COMSOL软件 asymmetric transmission left circularly polarized light right circularly polarized light planer chiral metamaterial COMSOL software 
光学与光电技术
2018, 16(6): 78
作者单位
摘要
1 北京邮电大学电子工程学院, 北京 100876
2 东南大学毫米波国家重点实验室, 江苏 南京 210096
超材料具有自然界材料所不具备的电磁参数,通过适当设计可实现对电磁波的调控。综述了超材料非 对称传输器件的研究现状,分别介绍了电磁波非对称传输的基本原理, GHz、THz频段线极化波非对称传输器件及圆极化波非对称传输器件的研究成果。分析表明基于超材料的非 传输器件主要集中在微波波段,对太赫兹频段的研究较少,特别是在实验验证方面。最后讨论了超材料非对 称传输器件的发展方向。
电磁学 非对称传输 超材料 太赫兹 手性 极化 electromagnetics asymmetric transmission metamaterial terahertz chirality polarization 
量子电子学报
2018, 35(4): 385

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