表面增强超拉曼散射效应

本文介绍了近几年发展起来的表面增强超拉曼散射（ＳＥＨＲＳ）效应的研究概况，其中包括ＳＥＨＲＳ的机制问题、基本特点、应用及有关实验事实．     

基于编码超表面的太赫兹宽频段雷达散射截面缩减的研究

本文设计了一种柔性, 非定向低散射的1bit编码超表面, 实现了太赫兹宽频带雷达散射截面的缩减. 这种设计基于对“0”和“1”两种基本单元进行编码, 其反射相位差在很宽的频段范围内接近180°, 为一种非周期的排列方式, 该电磁超表面使入射的电磁波发生漫反射, 从而实现雷达散射截面的缩减. 全波仿真结果表明, 在垂直入射条件下, 编码超表面的镜像反射率低于-10 dB的带宽频段范围为1.0-1.4 THz, 该带宽内超表面相对同尺寸金属板可将雷达散射截面所减量达到10 dB以上, 最大缩减量达到19 dB. 把柔性编码表面弯曲在直径为4 mm的金属圆柱面上, 雷达散射截面的所减量高于10 dB以上的带宽频段范围为0.9-1.2 THz, 仍然可实现宽频带缩减特性. 总之, 编码超表面为调控太赫兹波提供一种新的途径, 将在雷达隐身、成像、宽带通信等方面具有重要的意义.     

基于超表面的旋向选择吸波体

近年来,基于超表面的完美吸波体成为了各国学者的研究热点.其中圆极化波的旋向选择吸波体更是在手性传感器和卫星通讯等领域有着广泛的应用.为此,本文提出了一种基于方形开口环结构超表面的圆极化波的旋向选择吸波体.该吸波器能够吸收入射的右旋圆极化波,而完全反射左旋圆极化波.首先从理论上分析产生旋向选择吸波的理论条件,然后在该理论的指导下设计出了符合条件的超表面单元.该单元由金属-介质板-金属三层构成,顶层是改进后的方形开口环金属结构,中间层是FR4介质板,底层是全金属板.对超表面单元进行数值仿真,仿真结果表明,该单元在7.2 GHz处可以选择性吸收右旋圆极化波而反射左旋圆极化波,并且保持圆极化波的旋向不改变.右旋圆极化波的吸波率达到了90%以上,而左旋圆极化波的吸波率低于19%.该方法不仅适用于微波段,而且可以被推广到更高频段,有望在卫星通讯领域得到广泛应用.     

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...     

超光滑基片表面散射的数值研究

以一阶微分散射理论为基础,从理论和模拟两个方面对超光滑基片表面的散射电磁场进行了数值研究.分析了s偏振光和p偏振光的微分散射随入射角和散射角的分布情况.研究发现,当入射角较大时,p偏振光在某个散射方向的微分散射为0,而无论入射角和散射角如何变化,s偏振光的微分散射均大于0.当用光散射法对超光滑基片进行表面测试时,相对于...     

低温促进表面等离激元共振效应及肌酐的超灵敏表面增强拉曼散射探测

肌酐是肾脏疾病诊断和监测的关键生物标志物,因此,快速、灵敏的肌酐检测非常重要.本文提供了一种通过提高低温下的光子诱导电荷转移效率来促进表面增强拉曼散射光谱(SERS)活性的有效策略.采用种子生长法获得纳米金二十面体(Au₂₀),以此作为SERS活性基底.采用极低温(98 K)SERS检测技术实现对染料分子结晶紫(CV)和生理盐水中的肌酐含量的快速、灵敏检测.实验结果表明:常温296 K下, Au₂₀基底对CV分子的检测限(LOD)低至10^–12 mol/L,并且信号均匀;低温98 K时, CV分子的LOD可达10^–14 mol/L,比296 K时降低2个数量级.最后,使用Au₂₀基底对生理盐水中的肌酐进行无标记检测.结果表明,常温296 K时该SERS基底对肌酐的LOD为10^–6 mol/L, 1619 cm^–1峰的线性相关系数为0.9839.低温98 K时,肌酐的浓度探测极限低至10^–8 mol/L, 1619...     

基于十字形结构的相位梯度超表面设计与雷达散射截面缩减验证

基于十字形结构设计了一种在雷达波低频段极化不敏感的相位梯度超表面, 并通过仿真和实验进行了验证. 不同金属十字周期结构单元复合, 在超表面上形成附加的平行波矢分量, 对反射波波前进行调控, 获得超表面后向雷达散射截面积(RCS)缩减. 在设计波段内, 超表面在法线方向的单站RCS缩减达18.19 dB, 偏离法线-30°–+30°范围的单站RCS 平均缩减达8 dB; 仿真与实验结果符合较好.     

基于极化旋转超表面的圆极化天线设计

本文通过设计出一种反射型极化旋转超表面,在8—12 GHz频域内实现高效的极化旋转,并将其加载于微带缝隙天线下方构成新型的极化旋转超表面天线,利用超表面的90°极化旋转效应,成功实现了天线的圆极化辐射调制.仿真与实验结果表明:圆极化天线的中心工作频率为GHz,阻抗带宽为8.3—10 GHz.当微带缝隙天线与极化旋转超表面的间距H=4.5mm时,天线在8.3—8.8 GHz频带内实现了圆极化辐射;当mm时,天线在8.8—9.3 GHz频带内实现了圆极化辐射;当=8mm时,天线在9.3—10 GHz频带内实现了圆极化辐射.实验结果与仿真结果相符,证明了此种设计方法的有效性,也为微带缝隙天线的圆极化设计提供了一种新的途径.     

宽频带雷达散射截面缩减相位梯度超表面的设计及实验验证

针对相位梯度超表面在隐身技术中的应用,提出通过表面波耦合和异常反射两种机制复合实现宽频带后向雷达散射截面(RCS)缩减,采用开口谐振环进行相位梯度设计,实现了一种二维极化无关相位梯度超表面,在10 GHz附近,超表面通过将垂直入射电磁波耦合为表面波实现RCS缩减,而在大于11 GHz的频率范围内,相位分布的不均匀性使垂直入射的电磁波发生漫反射或者异常反射,降低后向RCS,制作了厚度为2 mm的超表面样品,测试了其反射率曲线和后向RCS,并与相同尺寸的金属板进行了对比,实验结果表明,在宽频段内(9.5—17.0 GHz),超表面在垂直入射情况下可将后向RCS缩减至少10 dB,由于厚度薄、重量轻、频带宽,RCS缩减超表面在隐身新材料和新技术方面具有很大的应用潜力。     

基于极化转换超表面的宽带低雷达散射截面缝隙天线阵

提出了一种利用极化转换超表面(PCM)来缩减雷达散射截面(RCS)并保持缝隙天线阵列辐射特性的新型天线,在不影响天线性能的情况下实现了天线的宽带RCS缩减。该PCM由45°倾斜的开槽矩形贴片周期排布构成,它被放置在缝隙阵列天线的上表面,起到RCS缩减的功能。分析了RCS缩减的特点和原理,仿真和实验结果表明,带有PCM的缝隙天线阵在x极化和y极化波冲击下,单站RCS缩减带宽为8.0～21.8 GHz。同时天线的辐射特性在阻抗带宽、增益和辐射模式等方面都能保持良好性能。     

一种宽角域散射增强超表面的研究

提出并验证了一种基于超表面相位梯度设计以实现宽角域后向雷达散射截面(radar cross section, RCS)增强的设计思路.宽角域RCS增强超表面包含两个区域,分别设计大小相等方向相反的相位梯度,控制-45?和45?方向上的入射电磁波沿入射方向返回;电磁波垂直入射时,在一个区域内耦合为表面电磁波,传播至另一区域再次解耦为垂直反射的自由空间波,分别在-45?, 0?, 45?方向上形成散射峰,实现了在-45?—45?的宽角域范围内的RCS增强.仿真了宽角域RCS增强超表面在电磁波以不同角度入射时的电场分布和单站RCS,测试了加工样品在9—12 GHz频带内不同频点处的单站RCS,和仿真结果基本一致.结果表明:设计的宽角域RCS增强超表面在9—12 GHz的宽带频率范围内,在-45?—45?的宽角域范围内对于x和y极化入射波均有良好的RCS增强效果.     

Reduction of radiated exterior noise from the flexible vibrating plate of a rectangular enclosure using multi-channel active control

This study attempted to control the radiated exterior noise from a rectangular enclosure in which an internal plate vibrates by acoustic excitation and noise is thus radiated from that plate. Multi-channel active control was applied to reduce the vibration and external radiation of this enclosed plate. A piezoelectric ceramic was used as a distributed actuator for multiple mode control of the vibration and radiated noise in the acoustically excited plate. To maximize the effective control, an approach was proposed for attachment the piezoelectric actuator in the optimal location. The plate and internal acoustic space in the enclosure are coupled with each other. This will change dominant frequency characteristics of the plate and, thus, those of the externally radiated noise. Active noise control was accomplished using an accelerometer attached to the plate and a microphone placed adjacent to that plate as an error sensor under acoustic excitation of sine wave and white noise. It was found that the control of radiated external radiation noise requires a microphone as an error sensor, a sound pressure sensor due to vibration of the plate, differences in the dominant frequency of externally radiated noise, and complex vibration modes of the plate.