超构
- 基于相变材料GST与孔径共享宽带宽消色差透镜的设计
生器[6-8]、超构透镜[9-11]、全息图像[12-13]、光束偏折器[14-15]等。虽然超表面具有广泛的应用前景,但是由于超表面结构共振相位不同,并且不同波长下超表面所表现出的折射率不同等因素,导致超构透镜具有色散现象,同时基于此的光学器件成像质量下降。科学研究者们对解决超构透镜中出现的色散现象不论是在材料选取上还是超表面谐振单元排列方式上都做了大量的实验,但是对于设计实现宽带宽的消色差超构透镜仍然存在诸多挑战。为了解决色差问题,2018年,Saja
西北工业大学学报 2023年6期2024-01-03
- 基于超构表面的光谱成像及应用研究进展
世纪初出现了关于超构表面的研究[13]，作为由亚波长小单元组成的大面积纳米结构，超构表面具有可塑性强、灵活度高、易集成的特点。2011 年，Capasso 小组提出了广义斯涅尔定律[14]，由此拉开了超构表面研究热潮的序幕。通过设计优化共振相位、传输相位和几何相位，超构表面可以有效调制入射光的光学参数，如振幅、相位和偏振[15-16]。由于超构表面在光场调控方面表现出的优异性质，因此可以实现传统折射或衍射光学难以实现的复杂功能，如全息显示[17]、消色差透
光电工程 2023年8期2023-11-13
- 面向偏振成像的超构表面研究进展
件的结构维度，而超构材料（Metamaterials）的出现为解决这一难题提供了新的范式。超构材料是通过对天然材料进行加工，在其表面或内部形成周期性排列的亚波长结构阵列获得的[59]。由于其性质源于内部的微观结构，而非化学组成，通过调整亚波长单元的几何参数和组合方式，可以获得自然界中不存在的电磁响应性质。2001 年，加州大学的Smith 等[60]采用印刷电路板工艺，以铜线和开口谐振环的组合图形为结构单元，制造出具有负介电常数和负磁导率的结构，实验验证了
中国光学 2023年5期2023-10-07
- 基于功率放大器的宽带非互易超表面设计
24]。即在一个超构单元中放置两个贴片结构,并在两个贴片结构之间加载晶体管,提出反射增强型超表面。在3.85～4.3 GHz 频段内,该超表面针对特定入射方向的电磁波实现5.8 dB 的反射增益。此外,学者围绕不同极化类型电磁波的非互易式调控开展深入研究。2021 年,华南理工大学车文荃教授团队提出双极化非互易空间放大有源超表面[25]。该超构单元中的贴片结构由两个正交的T 型微带结构进行耦合馈电,并将两个晶体管放置在一对正交微带线上,从而针对双极化电磁波
电子元件与材料 2023年7期2023-08-31
- 一种吸收效率可调的电磁超构材料设计
000）0 引言超构材料（Metamaterials）不同于自然界中常见的天然材料，它是一种具有超常的物理特性的人工复合材料或复合结构，从原子和分子设计出发，经过繁复的人工设计及制备过程，形成一种复合型或混合型的材料体系，这种材料体系往往具有人造微结构单元周期排布的形式。超构材料的概念从提出至今，已经有50多年的时间。最初超构材料主要应用于负介电常数和负磁导率的研究［1-5］。而后，超构材料被广泛应用于各类学科领域，譬如隐身斗篷［6］，异常折反射［7］，完
浙江经济 2023年1期2023-02-20
- 基于相位梯度超构光栅的光学超构笼子*
006)相位梯度超构光栅为自由操控光或者电磁波传播,以及设计新型功能光子器件提供新的思路.基于突变相位概念和梯度超构光栅中的异常衍射规律,本文设计和研究了一种亚波长金属超构笼子.通过数值模拟和严格的解析计算发现超构笼子囚禁光的能力与周期内单元个数 m 的奇偶性有关.当单元个数为奇数时,放在超构笼子中的点源几乎可以无阻碍地辐射至笼子外面;而当单元个数为偶数时,放在超构笼子中的点源几乎无法辐射到笼子外面,即所有能量都被局域在笼子中.本研究可以为新型雷达天线罩和
物理学报 2023年2期2023-02-18
- 长焦深与偏振可控的太赫兹超构表面透镜
93）引 言光学超构表面是超材料的二维体现，以能够轻易地操控电磁波前和易于制造的优势受到了广大研究者的研究。超构表面通过在亚波长范围内引入相位的突变来调控光波的振幅，相位和偏振态。近年来已经开发了越来越多的超构表面器件，例如平面超构透镜[1-4]，波片[5-6]，分束器[7]，全息超表面[8-12]，涡旋光束研究[13-16]。超构表面是一种新型且能代替传统大尺寸元件的二维材料，在光学系统集成化，小型化方面有着潜在的应用。长焦深透镜具有高容忍成像的特点，主
光学仪器 2022年6期2023-01-15
- 基于相关性选择的微型计算光谱探测技术
体积庞大等问题。超构表面是一种可对电磁波光谱、振幅和相位进行灵活调控的人工结构功能材料，因具有结构紧凑、对电磁波灵活调控等多项优点[12-14]，超构表面已被广泛应用于三维全息[15-17]、光谱检测[18-20]、超构透镜[21-26]、超分辨率成像[27-29]等领域。为解决传统光谱成像系统存在的结构复杂、难以小型化的问题，来自清华大学Cui 团队、威斯康辛大学Yu 团队及其它团队的研究人员已提出了一些基于超构表面的计算型快照式光谱成像系统[30-37
光电工程 2022年10期2022-12-02
- 铌酸锂超构表面：制备及光子学应用
3501 引 言超构表面是由亚波长尺寸的超构单元构建的二维表面，能够灵活地对电磁场的局域分布进行调控，在近年来受到了广泛的关注[1-2]。通过对超构单元的纳米结构进行合理设计，二维超构表面能够以亚波长分辨率控制电磁波的偏振、相位和振幅等特性[3]。相较于三维超构材料，二维超构表面不仅能够极大地缓解传统超构材料中积累的高阻损耗，并且规避了复杂的三维纳米结构的制造要求。此外，亚波长厚度的超构表面具有显著的集成优势，使研制具备多种光学功能的超紧凑光子器件成为可能
光电工程 2022年10期2022-12-02
- 光学超构表面异常偏折研究进展
观排列方式组成的超构材料[1］，通过设计人工原子和人工原子的序，可以实现材料介电常数和磁导率的定向设计[2］。基于此，超构材料可以实现各种奇特的电磁调控，例如负折射和隐身等[3-4］。尽管三维超构材料在长波领域取得了巨大的成功，但由于光频三维超构材料损耗大、难以实际制备，限制了其实际应用。超构表面是一种由平面型人工原子按特定宏观排列方式构建而成的二维超构材料[5-6］，具有损耗低、可制备和易集成等特点，已经成为研究光波调控的新平台[7-10］。通过在亚波长
光学精密工程 2022年21期2022-11-25
- 电调超构表面研究进展（特邀）
微纳结构为基础的超构表面在光场调控方面表现出显著的优越性，已经被证明是调制电磁波基本特性的有力平台。这些平面光学元件可以将电磁能量局域在亚波长尺度，增强光与物质相互作用，从而对光场的振幅、相位、偏振等信息进行全方位调控，为先进光子器件的集成化与小型化发展提供新思路［1，2］。然而，大多数超构表面器件都是静态的，一经加工其光学响应就无法改变。因此，如何实现动态光场调控将成为推动超构表面实际应用的关键。目前，动态超构表面的设计路线大致包含三种：1）通过外部激励
光子学报 2022年10期2022-11-25
- 中红外波段超构透镜研究进展
化和集成化发展。超构表面是一种由亚波长尺寸的、各向异性或各向同性的散射体（微纳米结构）以亚波长间隔阵列在一个衬底上而成的光学器件。根据光学的广义折射定律，通过改变这些微纳米结构的参数（形状、尺寸和方位角等）以及它们与周围介质之间的折射率对比度，超构表面可以实现几乎所有电磁波参量（相位、振幅、偏振和频率）的调控［3-6］。所以，利用超构表面可将传统光学元件重新设计成轻薄化、平面化且多功能集成的新型元件，有望大幅缩小器件尺寸、减少系统复杂性，并引入新的光学功能
光学精密工程 2022年19期2022-10-28
- 研发零点三厘米厚新型平面广角相机 可实现一百二十度视角且无畸变的高质量广角成像
用具有极薄尺寸的超构透镜来取代体块折射型透镜，并通过“双层超表面结构、二次相位型超表面结构”等方案来进一步增大超构透镜的视角范围。然而，目前这些方案的综合性能还不够理想，尚未实现高度紧凑的实用化广角成像系统。MIWC的广角成像原理及器件架构示意图近期，南京大学现代工程与应用科学学院李涛教授团队基于超构透镜阵列研发出一种新型平面广角相机——单层超构透镜阵列广角相机，该相机仅0.3厘米厚，却拥有超过120度的视角，可以更好地实现广角成像，且不会发生畸变，可应用
海外星云 2022年15期2022-10-04
- 大口径微纳结构平面光学元件的优化
设计并研制出超薄超构透镜［3-4］。该器件厚度仅为30 nm，焦点半高宽为630 nm，略小于工作波长（676 nm）。由于光在金属纳米结构中传输时存在较大的能量损耗，这种超构透镜的透过率较低，约为10%。为了提高超构透镜的透过率与聚焦效率，Capasso等以二氧化钛（TiO2）纳米矩形柱为相位调控单元［5-6］，依据子波合成与波面变换理论，设计并研制出高效率的介质超构透镜［7］。该器件的工作波长为660 nm，设计焦距为90μm，器件厚度为600 nm，
光学精密工程 2022年15期2022-08-31
- 超构表面在三维成像与显示技术中的应用
元结构排布组成的超构表面［22-25］为开发轻薄光学多功能器件提供了变革性的解决方案。超构表面利用亚波长尺度下光与物质的相互作用，通过合理排布并调整纳米单元的形状、大小、位置和取向，对局部电磁场的偏振［26-27］、振幅［28-29］、相位［30-31］和频率［32］等传播特性进行任意操纵，为人工调控电磁波提供了丰富的自由度。研究者开发出了各种功能新颖的超构表面，并成功应用于全息显示［33-35］、超构透镜［36-39］、光束整形［40-44］以及非线性光
光学精密工程 2022年15期2022-08-31
- 上海光机所在可切换多功能超构表面研究方面取得进展
射可切换的多功能超构表面，可用于多波段完美吸收器及太赫兹抗反射涂层。相关研究成果以Nanolayered VO2-based switchable terahertz metasurfaces as near-perfect absorbers and antireflection coatings为题发表在ACS Applied Nano Materials上。超构表面一经提出就因其在亚波长尺度操控电磁波的显著能力受到广泛关注。完美吸收和增强透射是调控电
航空制造技术 2022年10期2022-07-16
- 消色差超构表面复合透镜
成化的要求，随着超构表面的迅速发展，新一代微型光学系统的出现成为可能。超构表面是一种由人工设计的亚波长微纳结构阵列，可对入射光的振幅、相位、偏振等进行调控[1-3]，已经实现了某些传统光学器件的功能。例如光镊[4-5]、光束分束器[6]、平面波片[7]、全息成像[8-12]和无衍射光束发生器[13-14]等。其中平面聚焦透镜的色差问题不可避免，因此，设计高效的在宽波段工作的超构表面尤为重要。近年来，许多研究工作致力于超构表面的宽带消色差，多个科研团队已经实
光学仪器 2022年3期2022-07-10
- 基于群论的晶格扰动介质纳米孔阵列多重Fano 共振机理及演变*
04)基于全介质超构材料独特的电磁属性,提出了一种晶格扰动介质纳米孔阵列超构表面来激发近红外区域的多重Fano 共振.结合群论深入探究了该超构表面在其原胞为方形晶格构型与方形晶格对称性被破坏两情况下多重Fano 共振的形成机理及演变规律.研究表明,在方形晶格超构表面中,外部辐射连续体分别与由正入射平面波直接激发的双重简并模式共振干涉形成双重Fano 共振,且该共振与原胞中是否含孔及孔的形状无关,在晶格扰动超构表面中,原本不耦合的非简并模式由正入射平面波激发
物理学报 2022年10期2022-06-04
- 西北工业大学在线极化复用超构表面波束调控方面取得进展
光学超构表面是一种由亚波长纳米结构阵列组成的人工二维结构，其高效、灵活的特性迅速成为调控复杂光场的优秀媒质。基于低损耗材料的光学介质超构表面具有效率高、设计灵活等优点，在光通信、全息成像/显示与信息加密等領域具有重要应用前景。然而，传统极化不敏感的超构表面工作模式单一、效率低下，无法将多功能集成在单个的样品上，信息容量受到了极大限制。西北工业大学物理科学与技术学院研究团队提出了一种基于重要纳米光子学材料——硅微结构的高效线极化复用介质光学超构表面，可以对不
陕西教育·高教版 2022年4期2022-04-09
- 基于超构表面的低散射天线阵列
量损失。近年来，超构表面(metasurface, MS)因其特异的电磁特性而广受关注，它由若干个亚波长单元排布在一个表面上构成[5-10]。通过设计其空间分布特性进而可实现一系列新颖的电磁调控功能，如涡旋波生成器[11]、隐身斗篷[12]等。当超构表面单元之间具有一定的反射相位差时，根据相位相消原理，散射波无法有效叠加，从而可以降低超表面在特定方向的RCS[13-14]。2017年有研究人员通过将2个像素化的单元进行棋盘格排布，最终可在相对带宽为95%的
空军工程大学学报 2022年1期2022-04-08
- 专注制造科学 助力制造行业
、机器人加工、热超构材料拓扑优化设计等方面取得了可喜的进展，并在相关领域的国际顶级期刊发表论文。柔性智能蒙皮研究飞行器流场特性感知在结构外形优化、气动载荷和升阻力测量、飞行状态预测和结构健康监测等方面有极其重要的作用，并广泛应用于大型风洞测量、无人预警机、变体飞行器、航天飞行器等航空航天系统的感知与检测中。能想象为飞行器穿上一层轻薄的“智能皮肤”吗？既能为飞行器提供丰富的表面流场信息，又能监测自身结构的健康狀况。而问题的关键在于，要在飞行器复杂曲面上集成各
科学中国人·下旬刊 2022年1期2022-04-01
- 一种吸收效率可调的电磁超构材料设计
000）0 引言超构材料（Metamaterials）不同于自然界中常见的天然材料，它是一种具有超常的物理特性的人工复合材料或复合结构，从原子和分子设计出发，经过繁复的人工设计及制备过程，形成一种复合型或混合型的材料体系，这种材料体系往往具有人造微结构单元周期排布的形式。超构材料的概念从提出至今，已经有50多年的时间。最初超构材料主要应用于负介电常数和负磁导率的研究[1-5]。而后，超构材料被广泛应用于各类学科领域，譬如隐身斗篷[6]，异常折反射[7]，完
企业科技与发展 2022年10期2022-02-20
- 基于导波驱动相变材料超构表面的基波及二次谐波聚焦*
093)1 引言超构表面的出现为人们设计和制备新颖的光学器件提供了极大的机遇[1,2].所谓超构表面是指亚波长厚度的人工结构化表面.结合金属或高介电介质材料微纳结构的电磁共振,人们设计了种类繁多的超构表面以满足电磁波的偏振、振幅和相位调控的要求[3-7].例如在相位调控方面,实现了诸如异常反射与折射[8-10]、平面透镜聚焦[11-14]、贝塞尔光束产生等特殊现象[15-18].在大数据迅猛发展的当下,光子集成电路(photonic integrated
物理学报 2022年3期2022-02-17
- 跨谱域低可探测的电磁超构表面天线 *
很难解决的。电磁超构表面(MetaSurface, MS)是一种影响电磁波传播特性的超薄界面，一般由可任意调控电磁波幅度、相位和极化的周期或非周期人工结构组成[1-5]。随着电磁超构表面的不断发展，电磁超构表面种类越来越丰富，调控电磁波的功能越来越多样化[6]。电磁超构表面为减缩天线雷达散射截面(Radar Cross Section, RCS)提供了新的技术途径。利用电磁超构表面减缩天线RCS的方式主要有两种：一是利用吸波型电磁超构表面的吸波特性[7]，
国防科技大学学报 2022年1期2022-01-26
- 基于吸散一体隐身超构表面的透射型涡旋电磁波产生器设计
[11-12]和超构表面[13-16]等，而阵列天线产生涡旋电磁波需要复杂的馈电网络，系统成本较高；螺旋相位板只能产生单一模式的涡旋波束，且厚度较大[17]。超构表面因其对电磁波波前灵活调控的能力，为涡旋电磁波的产生提供了新的途径。2011年，Capasso教授课题组首次采用相位梯度超构表面激发了涡旋电磁波，拉开了涡旋电磁波发展的新序幕[18]。相对于反射型超构表面，透射型超构表面克服了馈源遮挡、接收的电磁波与入射波相互干涉等因素的影响，具有更好的实际应用
陆军工程大学学报 2022年1期2022-01-13
- 圆极化复用型多功能超构表面研究进展
0001）引 言超构表面(Metasurface)是一种由周期/准周期性分布的电磁散射体组合而成的二维结构，通过对亚波长单元电磁响应的精确设计，可实现对电磁波的幅度、相位、极化等特性的人工调控[1]. 结合超薄超轻、易于共形的结构优势，具有特定电磁调控能力的超构表面为新一代信息技术的发展提供了全新的平台[2-4]. 近年来，在集成化与小型化无线通信系统快速发展的背景下，功能多样化的超构表面被广泛地研究与应用. 目前，通过区域划分[5-6]、共享口径[7]、
电波科学学报 2021年6期2022-01-08
- 压电超构材料及其波动控制研究:现状与展望1)
10007)引言超构材料或超材料(metamaterials)是将精心设计的基本单元通过一定的空间排列来实现普通材料所不具有的奇异或反常性能,如带隙、波导、负折射、负模量、负密度、超透镜、声学聚焦、声学隐身和拓扑态等[1-2],已成为一个多学科交叉的前沿研究领域.过去几十多年来陆续出现的左手材料[3]、光子晶体[4]、声子晶体[5]、时间晶体[6]甚至超表面[7]等都可以归类于超构材料.超构材料在通信、医学、国防军事、航天航空、遥感等诸多领域都有十分广阔的
力学学报 2021年8期2021-11-10
- 电磁超构表面与天线结构一体化的低RCS 阵列*
7)提出一种电磁超构表面与天线一体化设计以实现低散射阵列的新方法.该方法利用传输线将超构表面部分单元串联,并采用同轴馈电激励,以此得到新型天线阵列,该阵列的辐射性能和传统阵列几乎相同;当外来雷达波照射该阵列时,利用超构表面和其周围天线结构散射场的差异,将能量在空间重新分配,从而实现天线工作频带内的雷达散射截面(radar cross section,RCS)减缩.基于该方法,以2×1 阵列为例,构建了天线模型,数值分析了其性能,验证了该阵列的良好辐射和低R
物理学报 2021年19期2021-11-01
- 双层硅基级联太赫兹消色差超构透镜
0093）引 言超构表面是一种由亚波长结构组成的超薄超材料，具备可定制的光学特性，为实现具有预期功能的平面光子器件提供了一种新颖的方法[1-2]。目前，基于超构表面设计并证实了广义Snell定律[3]，并相继出现了聚焦[4-7]、偏折[8-10]、光束发生器[11-12]、光学全息成像[13-14]等。在超构表面的分支中，由亚波长结构所组成的超构透镜能够在平面内对电磁波相位进行高密度的灵活调控，区别于传统透镜通过改变电磁波光程的相位调控方式，超构透镜具备更
光学仪器 2021年4期2021-10-30
- 编码超构表面实现双波束独立可重构*
)近年来, 有源超构表面因其对电磁波的灵活、动态调控而备受关注.本文设计并分析了一种有源可编程超构表面单元, 并探讨了其在双波束、多波束独立可重构方面的应用.理论分析了如何实现对称双波束、非对称双波束电磁波辐射以及多波束独立可重构, 并对所设计的编码超构表面进行仿真分析和实验验证.全波仿真结果表明, 超构表面具有较好的辐射性能, 主瓣辐射方向与理论计算结果一致.作为实验验证, 我们加工了样品并在标准微波暗室中进行了测试.实验测试与仿真分析结果吻合良好, 均
物理学报 2021年17期2021-09-17
- 超构透镜的色差调控应用
之间的相互作用，超构材料可以实现自然材料所没有的物理特性[1-7]。目前基于超构材料的研究已经取得了数量可观的成果，例如负折射材料[8]，光学隐身材料[9]，人造光学黑洞[10]等。虽然超构材料特殊的介电常数和磁导率使得透镜的应用和性能有了更多的可能性，但是三维材料的性质使其无法克服传统光学系统体积笨重的缺陷以及对连续曲面的高精度要求带来的局限性。同时，在光学波段响应的超构材料加工困难以及不可避免的损耗也限制了超构材料在透镜中的应用。而超构表面概念的提出不
中国光学 2021年4期2021-09-03
- 可调谐光学超构材料及其应用
）1 引 言光学超构材料是通过对天然材料进行加工，在其表面或内部形成周期性排列的亚波长结构阵列来获得的，拥有天然材料所不具备的特殊光学性质。有别于天然材料的“组分决定性质”，光学超构材料的“超常”光学性质是由材料先天的本征性质和后天人工设计的亚波长结构所共同决定的。1996年，英国科学家Sir John Pendry 提出使用周期性排列的金属丝能够实现负的介电常数[1]。随着纳米科学技术的发展，超构材料作为一类新型的功能材料受到了越来越多的关注。借鉴超构材
中国光学 2021年4期2021-09-03
- 离散波长消色差超构透镜的性能分析
23）1 引 言超构透镜是由一系列亚波长尺寸的单元结构组成的新型衍射透镜，与传统的折射透镜相比，其厚度只有光波长量级，具有轻薄的优势[1-2]；而与传统的衍射透镜相比，由于它由亚波长尺寸单元结构组成，能有效抑制高阶衍射，因此具有更高效的调控效率[3-4]。不过，超构透镜继承了传统衍射透镜的色散特性，具有较大的色差，而色差的存在会严重影响透镜在非单色光照明下的成像性能。虽然近年来人们已经发展出一些设计方案用以实现在连续波长范围内消色差的超构透镜（简称为宽谱消
中国光学 2021年4期2021-09-03
- 超构表面的振幅调控及其功能器件研究进展
引 言近年来，超构表面材料（Metasurfaces），一种通过在普通光学材料表面刻画出亚波长结构阵列的二维人工复合材料，在精密调控光波电磁场方面表现出前所未有的能力。在超构表面研究中，各向异性和各向同性纳米结构的超构表面均占据较大比例。通过选择合适的材料，合理设计超构表面单元结构的形状构造及尺寸参数，可以灵活地调整纳米结构的各向同/异性，优化出可以调控各种光学参量的纳米结构。例如，利用各向异性的纳米结构，可实现纳米尺度的线偏振器[1-8]、四分之一波片
中国光学 2021年4期2021-09-03
- 基于伴随仿真的偏振复用超构透镜
集成化方向发展。超构表面是一种由亚波长结构构成的低维电磁调控器件[5-7]，其电磁特性通常由亚波长结构的几何形状与排列方式决定。其中，每个单元结构都可以看作是一个调控单元，通过对单元结构的精细设计，超构表面能够在平面上灵活地操控光波的相位、振幅、偏振等参数，为实现光学器件和系统的平面化、集成化提供了新的技术途径[8-11]。由于其优异的光学性能和强大的电磁调控能力，超构表面在光刻[12-13]、光学成像[14-16]、电磁伪装[17-18]等领域均展现出巨
中国光学 2021年4期2021-09-03
- 可形变光学超构表面及其动态调控
10年以来，光学超构表面(Optical Metasurfaces)在电磁操控方面取得了一系列的进展，如通过对光场的振幅[1-7]、相位[6,8-12]、偏振态[6,13-17]、频率[18-19]、角频域色散[20]等物理量及物理性质的调控，实现了消色差超构透镜[21-26]、超全息术[27-33]、非线性调控[18,34-37]、OLED显示[38]等一系列成果。然而，广泛实现超构表面的器件应用还需要开发其对光场的动态调控功能。为此，人们研究了基于热光
中国光学 2021年4期2021-09-03
- 氮化硅光子器件与应用研究进展
广泛应用于可见光超构表面和光栅耦合器中。超构表面是由许多亚波长微纳结构按照特定的功能需要以特定的人工排列组合成的一种微纳平面光学元件，具有超出自然界固有电磁性质的超常光学功能，能够在亚波长尺度下实现对光场振幅、相位、偏振、频率等特性的精准操控，从而任意调控整体波阵面的形状和性质，获得所需的光学元件性能。比如操控相位分布的、具有高分辨成像功能的氮化硅超构透镜，以及操控频谱特性的、具有像素级颜色调控的氮化硅超构表面等。而光栅耦合器是一种通过在片上光波导引入周期
中国光学 2021年4期2021-09-03
- 隔声超构材料的研究进展
反射来实现。声学超构材料的研究为解决低频隔声问题提供了新的思路，通过在关键物理尺度上对材料进行一定的序构设计，获得自然界材料所不具备的不同寻常的声学特性、现象的特种复合材料或结构，使其在隔声、降噪等领域具有广阔的研究和应用前景[4-5]。传统隔声设计多基于隔声材料或共振结构[6]。前者通过提高隔声层的声阻抗或优化吸、隔声材料组合方式达到改善结构隔声性能的效果。例如汽车前围隔音垫、公路声屏障、大型设备的隔声箱多是基于此类隔声机理。这就要求隔声层具有更高的质量
人工晶体学报 2021年7期2021-08-26
- 基于多腔型超构材料的声场增强效应*
重要的意义.声学超构材料作为一种人工专门设计的复合结构, 可通过局域共振机理来调控弹性波的能带结构, 从而获得自然材料所不具备的物理特性, 如负等效体积模量[1,2]、负等效质量密度[3-5]、零折射率[6]等.超构材料在对声波传播方式的调控方面起重要作用, 目前, 基于亥姆霍兹共振器[7]和腔谐振器[8,9]的局域共振机理设计的超构材料已经实现了声场增强效应.Yuan等[10,11]分别通过优化亥姆霍兹共振器底部和颈部结构来降低声学粘性损耗, 实现了低频
物理学报 2021年15期2021-08-14
- 隐身斗篷里的“超构乾坤”
起来”消失不见！超构材料如何实现隐身魔法？在过去，研究者用摄像机加上显示屏来制造隐身斗篷，但它只能对某个方向隐身，而且需要耗费许多能量，导致实用性低。超构材料的发明使得隐身斗篷得以实现。当我们把介质里很微小的人工结构进行有序排列后，就可以改变介质的宏观性质。这些经过人工排序的微结构组成的介质，就叫作超构材料。那么，超构材料是如何实现隐身的呢？办法是在材料表面制备纳米尺度的金属天线。在有光照时，光能与金属的表面电磁波发生共振，这些耦合的表面波和电荷的振荡也被
知识就是力量 2021年7期2021-07-28
- 超构表面红外分光阵列设计
大。我们提出了将超构表面与平面结构红外探测器耦合的双色红外探测器，利用超构表面使入射光在空间上分离，用平面探测器的不同区域探测对应波段的信号，最终获得双色信息。超构表面是具有亚波长结构的二维天线阵列，通过设计表面微纳结构的形貌和排布，可以调控光场的相位［10-13］、偏振［14-15］和振幅［16］等，具有强大的光操纵能力［17-18］。相比于传统的光学器件［19］，超构表面具有以下显著特点［20］：（1）超薄化。超构表面阵列的光学厚度相对于其平面尺寸极小
光学精密工程 2021年4期2021-07-03
- 时变极化编码表面及其在无线通信中的应用
1 引言作为电磁超构材料的二维形式，电磁超构表面由亚波长尺寸的单元在平面内以周期性或非周期的方式排布而成。与超构材料相比，超构表面的体积和重量均大幅缩减，且同时具备低剖面、低损耗和低成本等优点。利用超构表面可实现对电磁波幅度、相位和极化等基本特性的灵活调控，因此许多奇异的物理现象和多功能器件应运而生，例如异常折射/反射[1]、波束赋形[2]和超透镜[3]等。在超构表面结构中集成如开关二极管、变容管和石墨烯等有源器件，并通过外部电路控制有源器件的工作状态，可
雷达学报 2021年2期2021-05-12
- 关于声学超构材料名词术语的探讨
9.南京大学光声超构材料研究院，江苏 南京 210093)(10.上海普信科技有限公司，上海 200335)(11.比亚迪汽车工业有限公司，广东 深圳 518118)(12.中国科技产业化促进会，北京 100043)1 前 言工业、国防技术和生活水平的不断进步和发展对材料性能提出了越来越高的要求，而传统材料已经无法满足这些需求，这就迫使人们不断探索具有特殊性能的各种人工结构的复合材料。超构材料通过人工设计制备尺寸介于原子、分子的微观结构尺度与宏观尺度之间的
中国材料进展 2021年1期2021-04-02
- 局域共振型五模超构材料的低频声波调控方法
049)1 五模超构材料的基本概念及国内外研究现状超构材料(metamaterial)是一类新型的人工合成材料，通常由周期性或者非周期性的人工微结构排列而成，具备天然材料所不具备的奇特物理性质。五模超构材料(pentamode metamaterial, PM)的概念由Milton和Cherkaev于1995年首次提出，对于固体的人工周期结构，通过结构单元设计，能够使其整体的等效弹性特性表现为在六维的应力空间中，只有体积压缩模式的特征值不为零(对应的特征向
中国材料进展 2021年1期2021-03-17
- 声学超构材料技术实用化的进展
研究领域——声学超构材料。图1 声学学科环状图[1]Fig.1 Acoustics discipline diagram[1]1.1 声学超构材料的历史作为一种人工结构，超构材料往往由多个结构单元组成，整体上表现为具备不寻常的等效参数的连续介质材料。利用周期性结构调控波的传播行为在几十年前的固体物理中就已有研究，然而关于利用工程结构调控经典波传播特性的研究是从光子晶体[3-5]和声子晶体[6]开始。广义上第一个声学超构材料是2000年香港科技大学的刘正猷等
中国材料进展 2021年1期2021-03-17
- 光学超分辨平面超构透镜研究进展
刚光学超分辨平面超构透镜研究进展周 毅1,2*，梁高峰1,2，温中泉1,2，张智海1,2，尚正国1,2，陈 刚1,21重庆大学光电工程学院，重庆 400044；2重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044从光学自身机理上突破光学理论分辨率极限，实现远场超分辨光学点扩散函数，进而实现超分辨聚焦和超分辨成像，在激光加工、超分辨光学显微和超分辨望远等系统有着重要应用前景。近年来，光学超构表面的发展使得在亚波长尺度上实现光场振幅、相位及偏振的独立调
光电工程 2021年12期2021-02-28
- 基于非对称光子自旋—轨道相互作用的超构表面
—轨道相互作用的超构表面张 飞1，郭迎辉1,2，蒲明博1,2，李 雄1,2，马晓亮1,2,3，罗先刚1,2*1中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室，四川 成都 610209；2中国科学院大学光电学院，北京 100049；3中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，北京 100071光子自旋—轨道相互作用是经典光学所忽略的重要现象，近年来研究发现该现象可通过人工亚波长结构显著增强并进行按需调控。传统超构表面仅支持对称光子自旋—轨道相互作用
光电工程 2020年10期2020-12-11
- 扎根超构表面 坚守赤子情怀
——记南京大学物理学院副教授王漱明
型人造材料被称为超构材料，它最早出现在光学和电磁学领域。它的出现，给材料科学领域注入了新鲜的血液，并引领着新材料原理和器件设计的全新变革。现今，超构材料领域的研究对我们的生活已日益产生重要影响，包括用于高度集成的光学元器件，光子集成芯片、环境和医疗保健传感等，其研究的神奇魅力和蕴藏的商机也越来越被大多数人发现。在过去的十余年中，南京大学物理学院副教授王漱明一直在与超构表面、超构材料和表面等离激元学等微纳光学体系研究打交道，他的研究内容涉及这些体系的线性、非
科学中国人 2020年14期2020-08-26
- 基于亚波长金属超构光栅的中红外大角度高效率回射器*
)近年来, 电磁超构光栅为操控波的传播提供了新的思路和材料基础.本文设计并研究了一种结构简单且易实现的反射型金属超构光栅, 其一个大周期内只包含两个结构单元, 通过简单的结构设计即可实现双通道中红外光的回射功能.数值和仿真模拟计算表明: 对于某个特定设计的回射角度, 该金属超构光栅具有极高的回射效率(> 98%); 进一步研究表明, 改变超构光栅的周期长度就能实现不同角度的回射功能, 并且在大角度下依然保持较高的回射效率.因此该金属超构光栅具有高效率大角度
物理学报 2020年1期2020-01-16
- 超构表面器件高效设计和大面积加工研究取得进展
超构表面(metasurface)作为一种人工二维材料，利用亚波长尺度的单元结构与入射电磁波的相互作用可以实现对电磁波振幅、相位和偏振的高效调控。相较于传统器件，超构表面具有低剖面、高集成度以及多功能化等优势，因此受到了人们的广泛关注。近年来，虽然超构表面在理论设计和加工制备上取得了长足的发展，但该领域仍然面临诸多问题和制约。在器件设计上，由于缺乏系统的理论支撑，超构表面单元结构的优化主要依赖于利用仿真软件进行参数扫描，再通过设计者的专业知识对结果进行选取
润滑与密封 2019年11期2019-12-22
- 超构表面器件高效设计和大面积加工研究取得进展
超构表面(metasurface)作为一种人工二维材料，利用亚波长尺度的单元结构与入射电磁波的相互作用可以实现对电磁波振幅、相位和偏振的高效调控。相较于传统器件，超构表面具有低剖面、高集成度以及多功能化等优势，因此受到了人们的广泛关注。近年来，虽然超构表面在理论设计和加工制备上取得了长足的发展，但该领域仍然面临诸多问题和制约。在器件设计上，由于缺乏系统的理论支撑，超构表面单元结构的优化主要依赖于利用仿真软件进行参数扫描，再通过设计者的专业知识对结果进行选取
润滑与密封 2019年8期2019-12-21
- 硅超构表面上强烈增强的三次谐波*
10275)利用超构表面结构实现硅介质内局域电磁场的极大增强,进而实现强烈增强的三次谐波激发(THG).该超构表面结构由L形的单晶硅共振子组成,通过调节抽运波长与超构表面共振波长重合,可以实现最高220倍的THG增强,THG的转化效率提升至～ 3 × 10－7.数值模拟和THG信号的空间扫描结果表明,场增强主要源于超构表面结构中心区域处的共振模式耦合效应.此外,实验结果表明该结构的共振模式具有明显的偏振选择性,且THG信号同样为线偏振光,消光比为15 dB
物理学报 2019年21期2019-11-08
- 声学超构材料及其物理效应的研究进展*
10093)声学超构材料作为一种新型的人工结构材料, 拥有天然材料所不具备的超常物理特性, 进一步拓展了材料的声学属性.同时, 声学超构材料可以实现对声波精准的、可设计的操控, 以及许多新颖奇特的物理现象,如声准直、声聚焦、声场隐身、声单向传输、声学超分辨成像等, 具有重要的理论研究意义和应用价值.另外,拓扑材料的研究已延伸至声学领域, 声学超构材料的拓扑性质成为近年的研究热点, 受到人们的广泛关注.其鲁棒性边界态具有缺陷免疫、背散射抑制的特性, 应用潜力
物理学报 2019年19期2019-10-22
- 非线性光学超构材料
控制带来了难题。超构材料的出现，为克服上述困难带来了新的契机。光学超构材料是通过设计远小于波长的功能单元和它们的空间序构所构成的一类新型材料，其光学特性依赖于结构而并非只是材料本身的化学组成，因此具备了许多天然材料所无法实现的光场调控功能。最具开创性的例子要数开口谐振环功能单元，入射光场能在结构中产生循环振荡的电流，进而诱导垂直于开口谐振环的磁偶极矩[2]。光场的本质是电磁场，实现对材料中电场和磁场的独立控制能够灵活地调控光场。通过人为设计超构材料的线性光
中国材料进展 2019年4期2019-06-11
- 基于石墨烯编码超构材料的太赫兹波束多功能动态调控∗
[7−8].电磁超构材料是一种由亚波长单元结构周期或非周期排布在二维平面上形成的平面型人工复合电磁材料,可以通过等效电阻抗、磁阻抗以及突变相位来实现对电磁波灵活多样的调控,得到国际学术界和工业界的高度关注[9−14].但是目前利用电磁超构材料调控THz波的研究仍面临许多挑战,如难以实现实时动态调控、结构复杂、可调范围小.近年来研究表明,利用石墨烯相结合的超构材料为动态调控THz波束提供了新的发展机遇,已成为THz领域新的研究热点[15−19].石墨烯新型材
物理学报 2018年11期2018-06-19
- 新颖材料器件为全息显示带来的新机遇∗
terial)、超构表面(metasurface)、二维材料(2D material)等新材料,它们的组成单元——超构原子(meta-atoms)是具有亚波长尺寸的像素单元,其单元尺度相近于光波长,甚至可达到小于200 nm的长度.相比于传统空间光调制器最小3.74µm的像素单元尺度,在其可加载信息密度、成像视场角等方面,都有着极大的改善,利用这个特性,可将新颖材料运用于全息显示中,能够获得更大的视场角和更高分辨率的再现像,提高显示的空间带宽积,从而提升全
物理学报 2018年2期2018-03-18
- 非线性光学超构表面
55)非线性光学超构表面邓俊鸿 李贵新†(南方科技大学材料科学与工程系,深圳 518055)(2017年5月15日收到;2017年6月5日收到修改稿)在线性光学范畴内,人们已经通过亚波长尺度的超薄超构表面成功实现了对光的众多新颖特性的调控功能.其主要理念是通过对具有亚波长尺度且空间方向变化的超构功能基元进行特定的排列,从而实现对光的偏振、相位和振幅的有效控制.近来,超构表面上的非线性光学特性也引起了大家的广泛关注.在本综述中,我们对非线性光学超构表面的设计
物理学报 2017年14期2017-08-08
- 当光学遇上纳米技术
技术结合，诞生了超构材料这个新兴交叉学科。站在这块交叉学科的前沿高地，具备多重身份——南京大学物理学院教授、固体微结构物理国家重点实验室副主任、教育部新世纪人才的刘辉，凭着对科学的热爱和执著，引领我国光学超构材料前沿发展，使之在世界舞台独放异彩。神奇的光学超构材料从人类发明第一台计算机，到我们今天日常使用的笔记本电脑和手机，电子集成技术取得了巨大的成功。相比电子集成技术，光子集成技术却相对落后很多。现在，对光学领域的科学家而言，要面对的基本问题是：未来人们
科学中国人 2014年12期2014-01-31
- 隐身的梦想——专访苏州大学赖耘教授
包括隐身及幻像，超构材料，变换光学，光子晶体，声子晶体，表面等离子体光子学等。虽然这些研究方向看似很不相同，但大体上都属于波动材料的研究范畴。赖耘教授也多次获得《科学》，《自然》，《自然-材料学》，《探索频道》，《华尔街日报》等顶级学术期刊和国际著名媒体广泛报道。“隐身雨伞可以让未来的哈利波特看见光”近年来，隐身这瓶“调味剂”经常出镜于小说和电影当中，体现了人类天马行空的想象力。不过，想象终归想象，多数人可能从未想过也许有朝一日可以利用科学的力量把隐身这个
科学中国人 2012年7期2012-11-06