聚合物波导微环谐振器的无热化设计

从波导微环谐振器的谐振方程出发,推导出了波导微环谐振器的无热化条件和谐振波长温度依赖特性表达式,分析了硅衬底PSQ聚合物波导微环谐振器滤波功能的温度特性。通过选择合适的聚合物衬底来取代传统的硅衬底,可极大地减小聚合物波导微环谐振器的温度敏感性,给出了聚合物衬底选择的方法。研究结果表明,所设计的全聚合物波导微环谐振器,在温度从20～65℃范围内谐振波长漂移量最大值为-0.0085 nm,温度依赖波长漂移率最大值为-0.00090 nm/K,实现了无热化。     

全介质光栅在太赫兹波段的光调控特性

采用激光直写技术在100 μm厚的Si衬底上制备了全介质光栅结构, 利用近红外光抽运-太赫兹探测(near infrared pump-Terahertz probe)技术对该全介质光栅在THz波段的光谱响应及其光调控特性进行了测试, 最后结合电磁仿真结果, 对米谐振(Mie resonance)的形成机理和光调控机理进行了解释并对调控光作用下全介质光栅的电导率数值进行了估算. 研究结果表明: 在光栅与THz偏振垂直的情况下, 该全介质光栅在0-1.0 THz范围内有3个典型的米谐振峰且谐振模式各不相同; 随着调控光功率的增加, 3个谐振峰的谐振强度出现了不同程度的减弱, 其中第一个谐振峰的光调控幅度达到50%以上, 调控光作用下米谐振强度的减弱是由于光生载流子对入射THz波的吸收和散射导致了介质光栅内部感生电磁场减弱引起的. 上述工作对全介质超材料在THz波段的共振特性研究和相关光调控器件的研制具有重要参考价值.     

激光剥离技术实现垂直结构GaN基LED

为改善GaN基发光二极管(Light-emitting diode,LED)的电学特性和提高其输出光功率,采用激光剥离技术,在KrF准分子激光器脉冲激光能量密度为400mJ/cm2的条件下,将GaN基LED从蓝宝石衬底剥离,结合金属熔融键合技术,在300℃中将GaN基LED转移至高电导率和高热导率的硅衬底,制备出了具有垂直结构的GaN基LED,并对其电学和光学特性进行了测试。结果表明:在110mA注入电流下,垂直结构器件的开启电压由普通结构的3.68V降低到了3.27V;在560mA注入电流下,器件输出光功率没有出现饱和现象;采用高电导率和高热导率的硅衬底能有效地改善GaN基LED的电学和光学特性。     

基于硅基光子器件的Fano共振研究进展

硅基光子技术的发展为新型微纳光学功能器件和片上系统提供了高可靠、高精度的实现手段.采用硅基光子技术构建的具有连续(准连续)模式微腔与离散模式的微腔耦合产生的Fano共振现象得到了广泛关注.Fano共振光谱在共振波长附近具有不对称且尖锐的谐振峰,传输光的强度在共振波长附近从0突变为1,该机制可显著提高硅基光开关、探测器、传感器,以及光非互易性全光信号处理的性能.本综述分析了Fano共振的一般数学表述,总结了当前硅基光子微腔耦合产生Fano共振的理论模型研究现状,讨论了不同类型硅光器件实现Fano共振的方法,比较各种方案优劣及适用场合,梳理了Fano共振在全光信号处理方面的应用研究情况.最后探讨存在的一些问题及未来可能的相关研究方向.     

光梯度力驱动纳谐振器的非线性动力学特性研究

光梯度力作为纳谐振器的一种新型驱动方式,得到了广泛关注.本文研究了光梯度力的固有非线性特性,建立了光梯度力驱动圆环与辐条谐振系统的动力学模型.揭示了入射光功率以及几何参数对系统的非线性动力学响应的影响规律.研究表明:光梯度力会引起系统呈现刚度软化效应,随着入射光功率增大,系统主共振峰值明显增大,且谐振频率随着振幅增大而产生较大偏移;两环初始间隙增大,系统振动幅值和谐振频率均下降;辐条厚度越大,系统主共振峰值和谐振频率均减小.因此,可以通过调节入射光功率来实现圆环辐条谐振器的频率调节,为光梯度力驱动纳谐振器动力学设计和性能预测提供理论参考.     

掺铬半绝缘砷化镓材料的硅离子注入

本文研究了半绝缘砷化镓中硅离子的注入,在对衬底材料进行挑选和注意离子源工作物质纯度的基础上,进行了₂₈Si₊注入,用无包封法退火,然后对注入层作了电学性质、背散射和光致发光谱测定,结合选择离子注硅的UHF应用的低噪声GaAs双栅MESFET的结果,1GHz下NF0.9dB和Ga10dB,对实验结果进行了讨论。 关键词：     

温度不敏感聚合物波导微环光学生化传感器研究

温度敏感性是影响波导微环光学生化传感器性能的重要因素。从微环谐振方程出发分析了微环传感器温度敏感性产生的机理,研究了以SU8-NOA61-SU8三明治结构聚合物衬底代替传统硅衬底,利用衬底的热膨胀效应抵消波导的热光效应,来消除聚合物波导微环光学生化传感器的温度敏感性。采用ANSYS软件对三明治衬底的厚度进行了仿真设计,得到了温度不敏感条件下的衬底厚度参数。对SU8和NOA61旋涂成膜工艺进行了实验研究,得到SU8和NOA61的膜厚控制精度分别为0.07μm@20 r/min和0.34μm@20 r/min。分析得到三明治聚合物衬底波导微环传感器的温度敏感性和探测极限值,达到了带有温控装置的硅衬底聚合物波导微环传感器的性能。     

基于光敏硅的多功能可重构超表面

提出一种双C环光敏硅可重构超表面，该超表面通过改变光敏硅电导率可以实现在太赫兹波段的多功能切换。当大小C环的电导率分别为5.0×10⁵ S/m和0 S/m时，所设计超表面表现为线-线极化转换器，在2.10～3.15 THz频率范围内极化转换率大于90%；当大小C环的电导率分别为0 S/m和5.0×10⁵ S/m，该结构在2.33～2.47 THz和2.78～4.40 THz频率范围内表现为线-圆极化转换器；当大小C环的电导率同时变化为2.5×10⁵ S/m时，该结构转化为吸收器，在2.40～4.60 THz频率范围内吸收率大于90%。将大小C环电导率都为0 S/m的单元与大小环电导率都为2.5×10⁵ S/m的单元进行编码，该结构在2.80～3.00 THz范围内实现近场成像。将大小C环电导率分别为5.0×10⁵ S/m和0 S/m的单元与大小环电导率都为0 S/m的单元进行周期性编码，该结构可实现对太赫兹波二分束和四分束。结果表明，通过改变外部光照条件，可以实现对所设计超表面...     

二维负磁导率材料中的缺陷效应

研究了以金属铜六边形开口谐振环为基元的二维负磁导率材料的缺陷效应.利用电路板刻蚀 技术制备了二维负磁导率材料样品.采用波导法测量了点缺陷和线缺陷对二维负磁导率材料X 波段(8—12GHz)微波透射行为的影响.实验发现，无缺陷的二维负磁导率材料样品存在一个 谐振频率，在稍大于该谐振频率的极窄区域内表现为负磁导率.点缺陷和线缺陷SRR的引入导 致材料主谐振峰的强度下降、谐振频率发生移动，品质因数Q显著下降.缺陷的存在破坏 了材料的周期性结构，从而引起其谐振峰的谐振强度和谐振频率发生变化.缺陷效应的研究 不 关键词： 负磁导率 缺陷效应 开口谐振环     

光梯度力驱动的纳米硅基光开关

通过一道光改变另一道光的传输路线是光子集成网络中重要而长远的目标, 然而, 由于硅材料的光学非线性较弱, 在硅材料上实现开关的全光控制难以实现. 因此本文提出了一种由光梯度力驱动的纳米硅基光开关, 实现了硅基光开关的全光控制. 该光开关由一个部分悬空的微环谐振器和一个交叉波导结构构成, 当通入一道控制光时, 悬空的微环谐振器在光梯度力的作用下发生弯曲, 微环谐振器的谐振波长随之发生变化, 从而实现光信号的传输路线发生改变. 该光开关利用纳米光子制造技术在标准绝缘体上硅晶圆上制造, 实验数据得出其最小消光比为10.67 dB, 最大串扰为 -11.01 dB, 开关时间分别为180 ns和170 ns. 该光开关具有尺寸小, 响应速度快, 低损耗和可拓展等优点, 在片上集成光路、高速信号处理以及下一代光纤通信网络中具有潜在应用.     

基底对亚波长金属双环结构太赫兹透射性质的影响

太赫兹波通过人工金属亚波长结构开口共振环(SRRs)可以产生共振吸收, 目前普遍采用LC振荡电路和线性振子模型来解释. 利用太赫兹时域光谱系统测得并无开口的亚波长金属双环和反双环结构阵列透射的太赫兹波, 结果仍然观察到在太赫兹透射谱中存在吸收峰. 分析得出此吸收峰的出现可以用线性振子模型解释. 此外, 研究发现若将此结构制作到石英基底上, 当以样品表面法线方向为轴旋转样品时其太赫兹透射时域波形和频谱均会随旋转角度出现明显的周期性变化, 而以硅为基底并不出现此现象. 本文将其原因归结为石英基底的双折射效应对亚波长金属双环结构太赫兹透射性质的影响. 本文主要目的是分析造成这种影响的物理过程.     

Plasmon-induced transparency effect in hybrid terahertz metamaterials with active control and multi-dark modes

We numerically demonstrate a photo-excited plasmon-induced transparency (PIT) effect in hybrid terahertz (THz) metamaterials. The proposed metamaterials are regular arrays of hybrid unit cells composed of a metallic cut wire and four metallic split-ring resonators (SRRs) whose gaps are filled with photosensitive semiconductor gallium arsenide (GaAs) patches. We simulate the PIT effect controlled by external infrared light intensity to change the conductivity of GaAs. In the absence of photo excitation, the conductivity of GaAs is 0, thus the SRR gaps are disconnected, and the PIT effect is not observed since the dark resonator (supported by the hybrid SRRs) cannot be stimulated. When the conductivity of GaAs is increased via photo excitation, the conductivity of GaAs can increase rapidly from 0 S/m to 1×10⁶ S/m and GaAs can connect the metal aluminum SRR gaps, and the dark resonator is excited through coupling with the bright resonator (supported by the cut wire), which leads to the PIT effect. Therefore, the PIT effect can be dynamically tuned between the on and off states by controlling the intensity of the external infrared light. We also discuss couplings between one bright mode (CW) and several dark modes (SRRs) with different sizes. The interference analytically described by the coupled Lorentz oscillator model elucidates the coupling mechanism between one bright mode and two dark modes. The phenomenon can be considered the result of linear superposition of the coupling between the bright mode and each dark mode. The proposed metamaterials are promising for application in the fields of THz communications, optical storage, optical display, and imaging.     

Optically implemented broadband blueshift switch in the terahertz regime

We experimentally demonstrate, for the first time, an optically implemented blueshift tunable metamaterial in the terahertz (THz) regime. The design implies two potential resonance states, and the photoconductive semiconductor (silicon) settled in the critical region plays the role of intermediary for switching the resonator from mode 1 to mode 2. The observed tuning range of the fabricated device is as high as 26% (from 0.76 THz to 0.96 THz) through optical control to silicon. The realization of broadband blueshift tunable metamaterial offers opportunities for achieving switchable metamaterials with simultaneous redshift and blueshift tunability and cascade tunable devices. Our experimental approach is compatible with semiconductor technologies and can be used for other applications in the THz regime.     

基于开环振荡器阵列磁振荡效应的全光开关

We demonstrate an all-optical switching of the magnetic resonance properties associated with a metallic Split Ring Resonator（SRR） array. The periodically spaced elements are fabricated on a high-resistivity silicon wafer and probed by using conventional Terahertz （THz） time-domain spectroscopy. We use a continuous-wave laser diode to generate carriers in the gaps of the SRR elements. Using a sufficient power, this opti- cal excitation can create an effective short gap, which would switch the resonant properties of the metamaterial from that of an SRR array to that of a closed ring resonator array and leads to dramatic changes in the THz transmission. In the present experiment, the optically induced switching is associated with the magnetic reso- nance. However, with appropriate changes in the device structure, this approach can be extended to switch a medium with a negative real index of refraction to a medium with a positive real index of refraction. This opens the way to creat a broad new range of active devices.     

Parallel laser microfabrication of terahertz metamaterials and its polarization-dependent transmission property

Large-area split ring resonator (SRR) array was fabricated by femtosecond laser micro-lens array lithography at a fast speed. Transmission spectra of the SRR arrays at different incident terahertz wave polarization states were characterized by terahertz time domain spectroscopy. A polarization-dependent transmission property of the SRR array was observed. Polarization-dependent loss (PDL) spectrum was characterized to investigate the polarization properties of the terahertz metamaterials. The PDL characterization can eliminate the substrate effect and provide a flexible platform to study the characteristics of free-standing terahertz metamaterials.     

基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹宽带可调谐超材料吸收器

太赫兹超材料吸收器作为一种重要的太赫兹功能器件,被广泛应用于生物医学传感、电磁隐身、军用雷达等多个领域.但这种传统的超材料吸收器结构具有可调谐性差、功能单一、性能指标不足等缺点,已经无法满足复杂多变的电磁环境的要求,因此可调谐超材料吸收器逐渐成为了太赫兹功能器件领域的研究热点.为实现超材料吸收器吸收特性的调谐,通常从调...     

Terahertz planar lenses based on plasmonic metasurfaces

Plasmonic planar lenses on silicon substrate are designed to realize terahertz (THz) wave focusing. Super-unit-cells containing eight different resonant units are presented to construct eight concentric rings on the silicon substrate. By controlling of the position distribution of the resonant units, it is shown that focusing at 4.3 THz can be achieved. Moreover, due to that the eight units can steer THz wave and keep phase gradient in frequency range of 4.2 to 4.5 THz, the metalenses can realize broadband THz focusing. The results imply the potential applications in THz wave control devices of light collection and multi-channel optical communication.     

Tunable terahertz metamaterial based on resonant dielectric inclusions with disturbed Mie resonance

Tunable metamaterial operating in terahertz (THz) frequency range based on dielectric cubic particles with deposited conducting resonant strip was investigated. The frequency of the first magnetic type Mie resonance depends on the electric length of the strip. It can be changed under photoexcitation or applied voltage. This method of control was used for a design of tunable double negative metamaterial based on dielectric resonant inclusions and wire medium.     

基于石墨烯的光学控制窄带太赫兹开关

本文提出了一种光控太赫兹开关,该开关采用覆盖单层石墨烯的十字金属谐振器超表面。利用石墨烯表面电导率模型和有限元法计算了这种复合结构的光谱特性。模拟结果表明,在0.2 W/mm²的光泵浦后,传输谱（调制深度为36.8%,Q-因子为250）出现了窄带共振衰减现象。另外,这种衰减的调制深度可以通过改变泵浦强度微调节。因此,光学可调谐太赫兹开关的设计将有助于太赫兹通信应用的功能组件开发。     

一种基于旋转调谐的超材料

数值仿真研究了一种可调谐的双开口谐振环(DSRR)超材料.在平行入射的电磁波激励下,这种DSRR单元可以在不同的频段分别表现出磁谐振和电谐振.当外加电场E与DSRR的双开口平行时,DSRR受激励得到的磁谐振和电谐振强度最大.随着DSRR超材料沿外加磁场H方向顺时针旋转,其磁谐振和电谐振频率基本保持不变,但谐振强度均发生显著下降,同时对应透射相位的突变也逐渐降低.提出的超材料调谐方法只需要简单地旋转材料,而不需要改变原有超材料单元的结构或者增加额外的激励场,极大地简化了可调谐超材料的制备及应用,在电磁开关、相位调制等方面具有潜在的应用.同时,这种简单的方法有希望应用于更高频段的超材料调谐,可以有效地拓展太赫兹频段和光频段超材料的实际应用.