InSb光栅耦合的太赫兹表面等离激元共振传感方法

仿真设计了一种光栅耦合型太赫兹(THz)表面等离激元(SPP)共振生化传感结构,该结构通过在锑化铟(InSb)基底表面刻蚀亚毫米光栅形成.基于波矢匹配方程的仿真结果表明,当TM偏振的THz平行波束以30°入射角照射到光栅区间时,光栅的–1和+1级THz衍射波束能够分别激励传播方向相反的低频SPP和高频SPP.由于采用商业THz时域谱装置可以准确测量低频SPP,本文系统地分析了低频SPP的共振和传感特性对光栅结构参数的依赖关系.仿真结果表明:InSb光栅耦合的THz-SPP共振传感芯片的折射率灵敏度随光栅周期的增大而减小;当光栅周期为120μm、入射角为30°时,折射率灵敏度为1.05 THz/RIU,在此条件下,传感芯片不能对生物分子单分子吸附层作出可探测的响应,究其原因是,低频SPP的消逝场穿透深度远大于生物分子尺寸,致使两者相互作用不足.为了探测生物分子,仿真分析了多孔薄膜覆盖InSb光栅的增敏方法.多孔薄膜具有分子富集作用,能够将THz表面波与生物靶标的相互作用从单分子尺度扩展至整个薄膜厚度,从而提高传感器的生物检测灵敏度.以酪氨酸吸附为例的仿真结果表明,当InSb光栅表面覆盖厚度为120μm、孔隙率为0.4的多孔聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜后,其吸附灵敏度为0.39 THz/单位体积分数.

太赫兹表面等离激元共振传感器探讨

太赫兹表面等离激元共振传感器,在生物科学以及医学领域中的应用比较广泛,本文主要通过对于经过棱镜耦合的太赫兹表面等离激元共振传感器工作特性的分析,实现对于太赫兹表面等离激元共振传感器的分析探讨。

数字型太赫兹带通滤波器的逆向设计及优化

针对高性能太赫兹功能器件的规范化设计需求,本文将智能逆向设计方法应用于太赫兹带通滤波器的设计与优化中.建立与数字空间映射的亚波长超表面等效模型,从设定器件的目标功能和约束条件出发,利用智能算法探索整个解空间中的全部可能结构,迭代寻优至最优结构图案.本文利用搭建的逆向设计框架设计了中心频率为0.51 THz、带宽为41.5 GHz、插入损耗为–0.1071 dB的太赫兹带通滤波器.与传统的人工正向设计相比,逆向设计方法可解构出窄带、低插入损耗、带外抑制强、极化稳定性强的带通滤波器.

线极化与圆极化波均可吸收的太赫兹超表面

利用VO_(2)嵌入超表面设计了一种实现不同频率,且线极化和圆极化两种模式入射下均产生高效率吸收的太赫兹超表面.当VO_(2)为绝缘态时,设计的超表面对圆极化波的旋向产生选择性吸收,在1.30 THz处对左旋圆极化波产生的吸收率大于95%,对右旋圆极化波不吸收,圆二色性为0.85.当VO_(2)为金属态时,在1.95 THz处,该超表面对TE线极化入射波吸收率达到98.5%.结果表明,在线极化和圆极化波入射下,所设计的超表面结构具有良好的广角吸收性能.由于它具有形态简单、易于加工等特点,在太赫兹波传感、成像和通信领域具有广阔的应用前景.

太赫兹人工表面等离子体共面激发与高Q传感

本文提出使用单层光栅超表面结构耦合的方式实现太赫兹人工表面等离子体激元(SSP)共面激发,克服了通过介质耦合器在实际应用时需要反射测量等缺点。在单层金属结构上同时构造周期性光栅和太赫兹SSP复合结构,当太赫兹波垂直入射时,可实现光栅波矢和SSP波矢相匹配,激发SSP模式,在透射谱中可以产生高Q值谐振峰,其Q因子可以达到1923。分析了结构参数对光栅耦合超表面透射谱以及色散特性的影响。基于该结构透射谱中的高Q谐振峰进行传感研究,在谐振中心频率为0.22 THz时,实现传感灵敏度为67 GHz/RIU。本文所提出的光栅耦合超表面复合结构仅使用单层超表面结构实现了太赫兹SSP模式的激发以及高Q传感,在诸多实际应用领域具有较大的研究潜力。

图案化石墨烯/氮化镓复合超表面对太赫兹波在狄拉克点的动态多维调制

提出一种基于图案化石墨烯/氮化镓肖特基二极管与类电磁诱导透明超表面集成的新型太赫兹调制器.通过施加连续激光或偏置电压改变异质结肖特基势垒,进而致使石墨烯的费米能级在价带、狄拉克点与导带之间移动,使得异质结的电导率发生变化.在太赫兹时域光谱上表现出透射振幅的增减变化,并观察到在狄拉克点上的调制行为.因费米能级接近狄拉克点,对外加光电激励非常敏感,施加4.9-162.4 mW/cm^(2)的光功率或者0.5-7.0 V的偏压,调制深度先增加后减小,相位差线性增加,其中最大调制深度达90%,最大相位差为189°,该器件实现了太赫兹波的超灵敏多维动态调制.总之,该图案化石墨烯/氮化镓复合超表面调制器在超灵敏光学设备中存在潜在的应用价值.

基于石墨烯和超表面的EIT-Like太赫兹调制器

设计一种基于石墨烯与超表面相结合的类电磁诱导透明(EIT-Like)太赫兹主动调制器。研究结果表明:当石墨烯的费米能级从0.1 eV增加到0.9 eV时,透射振幅呈现下降趋势,并且出现红移现象,最后趋于平缓;同时,实现太赫兹波透射振幅调制深度达到301.6%,调制频率为70 GHz。该设计为太赫兹调制器提供了一种新途径,在太赫兹通信等领域具有潜在的应用前景。

基于石墨烯的太赫兹可调编码超表面

论文依据Pancharatham-Berry(PB)几何相位原理,在反射型太赫兹编码超表面单元结构中引入了石墨烯材料,通过调控双层石墨烯结构的费米能级可使其反射幅度动态可调。根据单元的幅度可调特性,设计出具有旋转相位梯度特征的编码序列,产生了幅度可调的涡旋光束。与编码超表面的傅里叶卷积运算相结合,进一步设计能够出射双涡旋光束的编码超表面,大大提升了对涡旋光束数目和散射角度的可控性。其在太赫兹高速通信系统中具有潜在的应用价值。

连续域束缚态赋能的太赫兹超表面:从机理到应用

太赫兹(Terahertz,THz)超表面能够在亚波长尺度下对入射光子进行捕获,并在共振频率处产生强烈的局域场增强效应,表现出卓越的光场操控能力。光子连续域束缚态(Bound states in the continuum,BIC)是位于辐射连续域内的非辐射本征态,具有无限高Q因子和动量空间偏振涡旋两个卓越特性,为在THz超表面中定制高Q共振和增强光场操控带来了新的机遇。本文从回顾光学BIC的历史发展进程出发,综述了周期性光学系统中各类BIC的物理性质及其产生机理,并从拓扑角度着重讨论了BIC的产生及演化规律。此外,着重介绍了BIC赋能的超表面在THz光子学领域的新兴应用,讨论了该领域面临的挑战并对其发展前景作了展望。

局域表面等离子体谐振辅助的高效率宽频带可调谐偏振转换超表面

结合狄拉克半金属研究了一种基于各向异性构型的可调谐宽频带太赫兹偏振转换超表面,其中的狄拉克半金属线阵列有利于费米能的调控.研究结果表明,该超表面可以实现宽带高效率的偏振转换,在谐振模式处具有半波片特性.这种转换特性源于局域表面等离子体激元谐振的激发和结构自身的各向异性.当入射角在0°—40°范围内变化时,能保持高效的宽带偏振转换特性,大于40°后,宽带转换逐渐转变为双带或多带转换.此外,发现AlCuFe的费米能从65 meV增大至140 meV过程中,偏振转换效率能维持在很高水平,并且转换性能由单带转换变为宽带转换再变为带较宽的宽带转换与带较窄的单带转换.同时,通过讨论结合了不同类型狄拉克半金属的超表面,得出了狄拉克半金属的金属性越好,相应超表面的宽带偏振转换性能越优的结论.最后,基于类法布里-珀罗谐振腔的多重干涉理论对数值结果进行了验证.