相位不连续超材料表面的研究进展

近年来,超材料表面性能研究得到快速发展,在电磁波亚波长操纵等领域展现了独特的应用前景。超材料表面通常由许多周期性排列的金属结构单元组成,如果合适地设计结构单元的几何构型,就能够按照意愿得到拥有特定光学性质的材料。对近期利用相位不连续超材料表面对电磁波进行操控的研究进展进行了综述,包括:利用相位不连续表面控制电磁波出射方向;利用相位不连续表面结构合成圆偏振光;相位不连续应用于隐身;太赫兹波段相位不连续结构的应用;最后对该研究领域的发展进行了展望。

基于超材料与超表面的无线电能传输技术研究现状与进展综述

超材料与超表面通过对电磁场和电磁波的灵活调控,能够显著改善无线电能传输系统的传输特性,基于超材料与超表面的无线电能传输技术逐渐引起了国内外的广泛关注。该文首先对超材料的概念、设计以及构造进行了论述;其次对超材料介入无线电能传输系统的作用机理进行了解析;接着详细阐述了超材料在无线电能传输系统效率提升、偏移调控以及电磁屏蔽的作用;最后探讨了该技术未来发展的瓶颈及关键技术问题,并进行了展望。

基于超表面材料的光波相位精密操控新技术

近年来,基于超表面材料的研究发现了很多新的光学现象,其中几何相位调制是最具吸引力的方向之一。笔者介绍了超表面材料用于光波相位精密操控方面的研究,包括电磁响应的各向异性、电磁共振等机理研究、以及一系列新概念光器件。研究表明,基于金纳米棒超表面材料制造的计算全息片,能够在波长为630nm^1 050nm的宽带范围内高效工作,且在波长825nm处的衍射效率超过80%;基于硅材料超表面材料制造的光分束器,能够在远场形成衍射角为59°×59°的4×4个均匀点阵,且其衍射效率在波长为1 530nm^1 565nm的范围内超过50%;基于硅材料超表面材料制造的偏振分离器,其在纳米棒长轴方向的反射率高达98.5%,在短轴方向透过率达到94.7%,且仅需通过调节纳米棒的宽度,就可以在波长为1 460nm^1 625nm的宽带范围内任意选择峰值反射波长。研究结果表明,基于几何相位调制机理的超表面材料在具备连续、任意、精密、高效的相位操控等优点的同时,在制造上却仅需要简单的二台阶微纳光学工艺条件,可用于打造新一代高性能、芯片级的光电子元器件,在光纤通信、军事国防、工业及消费电子等领域得到重要应用。

超疏水表面材料在电热防/除冰系统应用中的节能原理分析

近年来,超疏水表面材料以其在各个领域中的巨大应用价值引起了人们的广泛关注。首先介绍了超疏水表面材料在电热防/除冰系统中的最新研究进展和实验结果,即超疏水表面材料可以有效减小机翼表面与冰层之间的粘性力,抑制溢流冰层的形成,节省大量电能;然后从能量守恒的角度,详细分析了超疏水表面材料在电热防/除冰系统应用中的节能原理,并探讨了超疏水表面材料在直升机旋翼桨叶电热防/除冰系统中应用的可能性,为国内开发高效、节能的电热防/除冰系统提供理论参考。

基于超表面材料的扇出衍射光学元件

提出一种基于电介质纳米砖阵列的扇出衍射光学元件的设计和实现方案,其纳米砖的深宽比低至1.5。这种扇出衍射光学元件被一束波长为633nm的入射光束照射时,可以在远场中得到均匀的4×4点阵,发散角为32°×32°,且数值模拟与实验结果吻合良好。基于超表面材料的扇出衍射光学元件具有连续、精确的相位操纵能力和较高的偏振转换效率,并且仅需一步光刻制造工艺,可以广泛应用于工程光学的各种领域,例如光学传感,激光雷达,激光加工等。

超黑色表面材料问世 更适用于制作太空仪器

英国科学家利用蚀刻技术，用硝酸浸泡含有适量磷元素的镍合金，制造出光线反射率极低的超黑色表面材料，这是世界上已知最黑的物质。

超黑色表面材料问世

英国科学家利用蚀刻技术，用硝酸浸泡含有适量磷元素的镍合金，制造出光线反射率极低的超黑色表面材料，这是世界上已知最黑的物质。据最新一期英国《新科学家》杂志报道，英国国家物理实验室研制的这种超黑材料，可用于制造精密光学仪器，其反射率仅为目前光学仪器上用于降低反射率的黑漆的1／20～1／10。

一种超表面宽带圆极化交叉偶极子天线设计

本文设计了一种使用超材料表面(Metasurface,MS)作为反射器的圆极化交叉偶极子天线.该天线由两对分别印制在介质基板上下两面的扇形偶极子构成,利用金属贴片阵列实现的超材料表面放置在天线正下方用于改善天线的带宽和圆极化性能、减小天线的后向辐射.仿真与测试结果表明:该天线在2.26~2.74GHz有良好的阻抗匹配,在2.45GHz的中心频点相对带宽为19.6%,在2.4~2.65GHz实现了圆极化性能,相对带宽为10.2%,阻抗带宽内天线的最大增益均大于5dBic,剖面高度仅为0.04λ0,整体尺寸为113mm×109.6mm×5mm.该天线具有较宽的工作带宽和良好的圆极化和辐射特性,性能良好且结构简单,测量结果与仿真结果一致.

基于螺旋单元的超表面极化转换器研究

超表面材料是一种具有强大电磁操控能力的人工复合介质,常用于实现吸波、滤波和极化转换等功能。本文提出一种基于螺旋单元的超表面极化转换器,通过对螺旋单元辐射场的原理分析,得到螺旋单元的最优设计参数,并详细分析了线性极化波入射时,该极化转换器对应的有效工作频带、入射角适应范围和极化波轴比。HFSS仿真结果表明,该超表面材料,在2.5~3.5GHz频段内,入射角适应范围为0~70?,-10dB反射波衰减的相对带宽大于10%,在对应频段内透射波的电场轴比小于2,接近圆极化波,达到了较好的极化转换器效果。

仿生超疏水表面的制备及应用进展

在自然界中有很多动植物都具备奇特的超疏水现象,有关仿生超疏水表面的研究引起了人们的极大关注.简述了超疏水表面的几种接触角模型,较为系统地总结了超疏水表面的制备方法,介绍了超疏水表面的应用领域并对仿生超疏水表面的未来发展方向进行了展望.

基于相变与悬链线连续相位调控的超构光子开关

针对超表面相位调控中的无源及离散特性,本文拟将等宽悬链线超构单元与非易失性相变介质结合,探索研究一种高效连续相位调制的双稳态相变有源波前超构开关.首先在9—10μm之间的宽带中红外波段实现了可动态切换的波前偏转开关;当相变层在非晶态和晶态之间切换时,入射光波前分别呈现异常反射和正常的镜面反射,即"开"或"关"两个偏转状态.其次展示了一种可动态切换的高阶贝塞尔光束开关:非晶态时,9.6μm波长垂直入射下交叉极化转换效率接近100%,产生正常的几何相位调控与二阶贝塞尔聚焦,即"开"态;而相变至晶态时,交叉极化与几何相位调控被"关"闭.本质上,自旋-轨道相互作用具有无色散的相位调控保证了该类器件的宽波段工作特性,在未来的有源光电子集成、光通讯等应用领域中具有重大潜力.

嵌入式二氧化钒超表面对太赫兹谐振模式的动态调控

提出了一种在超表面中嵌入二氧化钒(VO2)从而对太赫兹波进行动态调控的方法。VO2在68℃左右会发生绝缘体到金属的相变,导致其电导率发生4~5个数量级的显著变化。超表面由一个双开口金属谐振环阵列以及金属环开口处嵌入的VO2结构组成。仿真结果表明,通过改变VO2的电导率,太赫兹波可以实现高频与低频之间的谐振模式的切换。值得注意的是,这种模式转换不仅可以在实验中通过直接改变环境温度实现,还可以通过激光和强场太赫兹的泵浦完成。这种多样化的激励为该超表面在实际多场景应用中动态调控太赫兹波提供了参考。

超黑色表面材料问世

英国科学家利用蚀刻技术，用硝酸浸泡含有适量磷元素的镍合金．制造出光线反射率极低的超黑色表面材料，这是世界上已知最黑的物质。

直升机旋翼桨叶防/除冰技术新思路

为了满足直升机全天候飞行和特殊环境中飞行的要求,有必要对直升机的旋翼桨叶、发动机进气道、风挡玻璃等部位采取防/除冰防护。常用的电热等防/除冰方法存在各种弊端,如消耗大量电能、冰防护装置复杂、脱冰产生危害等,而超疏水表面材料以零耗能、零设备、零操作的特点在防/除冰方面具有巨大的应用潜力。本文在总结现有防/除冰方法及其特点的基础上,介绍了超疏水表面材料的最新研究进展,探讨了其在直升机防/除冰技术上应用的可能性,为解决直升机的防/除冰问题提供了一个新思路。

5G新体制天线技术研究

通过对现今5G技术的发展趋势和发展瓶颈进行分析,提炼出在5G MIMO天线技术中最为重要的耦合减小技术。分别介绍两大类新体制天线技木,包括基于耦合谐振器去耦网络的紧耦合终端天线、基于超材料(超表面)的MIMO、Massive MIMO天线阵耦合减小及性能提升技术。通过无源参数、有源参数和MIMO参数的测试和评估,证实这两类新体制天线在5G中的明显优势和广阔的应用场景。

英科学家制造出世界上最黑的物质

英国科学家利用蚀刻枝术,用硝酸浸泡含有适量磷元素的镍合金,制造出光线反射率极低的超黑色表面材料,这是世界上已知最黑的物质。 据最新一期英国《新科学家》杂志报道,英国国家物理实验室研制的这种超黑材料,可用于制造精密光学仪器,其反射率比目前光学仪器上用于降低反射率的黑漆还要低10倍到20倍。

英国制造出世界上迄今为止最黑的物质

据海外媒体报导，英国科学家最近利用蚀刻技术，用硝酸浸泡含有适量磷元素的镍合金，制造出光线反射率极低的超黑色表面材料，这是世界上迄今为止最黑的物质。这种超黑材料，可用于制造精密光学仪器，其反射率比目前光学仪器上用于降低反射率的黑漆还要低10倍到20倍。

最黑有多黑?

英国科学家最近利用蚀刻技术,用硝酸浸泡含有适量磷元素的镍合金,制造出光线反射率极低的超黑色表面材料——这是世界上目前已知最黑的物质。 据报道,英国国家物理实验室研制的这种超黑材料,可用于制造精密光学仪器,其反射率比目前光学仪器上用于降低反射率的黑漆还要低10倍到20倍。

高性能倍半氧化物激光晶体生长及制造工艺与装备

发展高端激光制造技术与装备可促进我国传统制造业转型升级。由天津大学牵头的国家重点研发项目"高性能倍半氧化物激光晶体生长及制造工艺与装备"针对性能优良的大尺寸、高熔点倍半氧化物晶体生长工艺与集成装备,及硬脆激光晶体的高效低损伤超精密磨削、抛光工艺与装备等研发难题,开展晶体生长、加工工艺和装备的重大共性关键技术研究。项目预期发展具有自主知识产权、国际先进水平的大尺寸、高熔点倍半氧化物晶体的生长工艺及装备、加工工艺及装备。研制出的高精度大径厚比倍半氧化物激光晶体元件为高功率先进激光器提供核心元件,将会在增材制造、激光制造、信息产业等国家需求的重点领域开拓战略性的新兴产业。