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oe1(光电查) - 科学论文

237 条数据
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  • 超材料/液体芯波导微流控光学传感器

    摘要： 本文介绍了一种新型微流控折射率光学传感器的设计。该传感器通过将待测液体的折射率（RI）变化转换为输出光谱中共振峰的偏移来实现液体分析物的检测。传感器设计集成了液芯波导和金/介质超材料结构，当光与波导核心中的超材料结构相互作用时会产生共振。采用有限元分析法模拟传感器特性以优化设计方案。研究人员制备了样品传感器，并采用已知折射率的液体分析物进行测试。实验结果与仿真数据高度吻合，证实了该传感器具有高灵敏度和良好重复性。这种新型传感器实现了超过1280 nm/RIU的灵敏度。

    关键词： 光学传感器、超材料、液体芯波导

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 用于超材料应用的等离子体纳米壳紧凑阻抗模型

    摘要： 近期等离子体学研究表明，通过融合不同材料与形状可构建具有优化光学响应的复杂几何结构。其中应用最广泛的纳米结构是包覆纳米球（纳米壳），该结构在医学、科学及工程等多个领域均有重要应用。本文提出了一种金属核纳米壳的紧凑阻抗模型，该模型基于时变方法——通过求解金属核的完整偶极方程，并利用偶极场的近场分量推导介质壳的阻抗。我们首次采用电压、电流及电路元件推导出纳米壳吸收截面与散射截面的表达式及其随介电函数变化的行为规律，并将其与精确解进行等效性对比。此外，该阻抗模型还分析了纳米壳参数（介电常数、壳层厚度及核半径）变化对预测共振频率的影响。该简化阻抗模型基于并联谐振电路，有助于深入理解纳米壳行为特性，并为下一代基于纳米壳的超材料提供高性价比解决方案。

    关键词： 纳米光子学、包覆球体、阻抗模型、超材料、等离子体学、纳米壳层、纳米电路、偶极子

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 超材料与超表面 || 超材料中电子束诱导的定向太赫兹辐射

    摘要： 我们通过数值分析研究了超材料中电子束（e-beam）诱导的定向太赫兹（THz）辐射。实验采用具有梯度深度的金属光栅结构，基于超表面等离子体激元（spoof SPP）原理，该结构仅能支持单向表面模式并产生独特的定向THz辐射。数值分析采用简化的粒子模拟（PIC）时域有限差分（FDTD）方法。首先详细阐述该简化PIC-FDTD方法，随后展示梯度深度光栅产生电子束诱导定向THz辐射的研究结果。当脉冲（束聚）电子束沿光栅表面传输时，较浅沟槽一侧会产生定向THz辐射。通过调节沟槽深度变深或变浅，可分别实现辐射方向的前向或后向切换。这些定向辐射具有宽带频谱特征并包含多个锐利峰位，其中最深与最浅沟槽深度分别决定辐射频带的最低与最高频率。这种独特辐射特性无法用传统史密斯-珀塞尔辐射理论解释，应归因于梯度光栅不同位置产生的超表面等离子体激元效应。

    关键词： 分级光栅、史密斯-珀塞尔辐射、太赫兹、粒子模拟时域有限差分法、超材料、PIC-FDTD、电子束、太赫兹

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 集成超材料光栅的石墨烯宽带高响应度光电探测器

    摘要： 石墨烯在光电领域具有一些卓越特性，尤其是超快响应和宽光谱吸收，这使得石墨烯光电探测器极具吸引力。然而，纯石墨烯器件的光响应度低于10 mA W?1，这限制了石墨烯光电探测器的应用。在此，我们设计了一种具有宽带高吸收光谱的超材料结构。通过将其集成到石墨烯光电探测器中，可获得纯石墨烯光电探测器在宽带范围内的高光响应度。该光电探测器的光响应度可达到近200 mA W?1，比纯单层石墨烯光电探测器高出两个数量级。此外，该光电探测器还保持了宽带光电响应。通过多重共振耦合可产生热载流子，并借助超薄金属膜的优势将其有效传输至石墨烯?；诖讼罟ぷ鳎稍谙喙亓煊蚪徊酵卣故┕獾缣讲馄鞯那痹谟τ?。

    关键词： 超材料、石墨烯、光电探测器、光响应度

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 四重对称金属-石墨烯太赫兹超材料中可调谐且偏振无关的等离激元诱导透明现象

    摘要： 将石墨烯引入超材料中，可以更灵活便捷地控制电磁波。本文研究了一种在太赫兹频段具有可调谐性和偏振无关特性的简单等离子体诱导透明（PIT）结构。仿真结果表明，仅需改变石墨烯的费米能级，就能在大范围内调控透明窗口甚至将其关闭。通过石墨烯连续调节暗谐振器的共振强度，可主动操控PIT共振。该现象可用经典双粒子耦合模型阐释，且与仿真结果高度吻合。得益于四重对称结构，所提出的PIT器件展现出偏振无关特性。本研究为金属-石墨烯太赫兹调制器提供了设计指导。

    关键词： 偏振无关、超材料、等离子体诱导透明、石墨烯

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 等离子体激元学 || 导论章节：等离子体激元学

    摘要： 等离子体光学领域研究纳米结构的光学相互作用。近年来，亚波长限制效应及光学场在精心设计的纳米尺度物体附近的增强特性，为广泛探索等离子体光学现象开辟了新途径。这一卓越的等离子体光学领域已延伸至多个学科，为材料科学、生物学和工程学等领域的应用提供了广阔前景。超材料领域也因等离子体光学（如超表面）而得到丰富与发展——该概念基于众多亚波长组分（即"超原子"）的集体电磁行为，由此提出并应用了具有非常规体相与表面特性的新型可调复合材料（如近零参数材料与极端值参数材料）。表面波为物理现象研究打开了大门，为诸多应用奠定了基础[1-3]。具有可调电磁特性的超材料[4]的发现，拓展了支持表面波的结构谱系。表面等离极化激元（SPPs）是导体-电介质界面产生的电磁激发，其垂直方向呈倏逝波限制[5-8]。通过几何诱导SPPs（即赝SPPs）可模拟受限SPPs特性，该现象可在更低频段实现，表明表面结构能催生赝表面等离激元。前者作为结构化表面的完美原型[9]，使得具备光流调控能力的平面超材料（超表面）近年备受关注。其核心目标是通过设计普通材料界面的亚波长结构实现预期相位分布，经合理设计的相位能完全调控传播波特性。值得注意的是，异常反射与折射现象已在红外波段得到验证?；诔砻娴墓庋骷ㄈ缥行?、波片和超薄聚焦透镜）也已针对线偏振光或顶点光束等入射光提出。当前该领域的基础研究正催生首批具有工业前景的应用。 数百年来，光学特性调控仅限于改变材料成分，依赖自然材料中的光传播来实现相位调制与波前定制。超材料的引入使光学波前控制突破传统传播方式，转而依靠精密设计的内部结构——这一理论由Pendry等人在20年前首次提出[10]，此后人工设计材料领域发展不断加速。超材料能呈现自然材料中不存在的新型电磁现象（其存在不受物理定律限制），这些人工"材料"由复合单元元件构成（虽比常规材料的分子晶胞大数个量级），可通过有效"材料"参数描述其与电磁波的相互作用。因此在目标工作波段（通常为光学波段），超材料仍可视为均质材料。通过精心构建单元元件，可获得负折射率等异常材料特性。材料折射率η由其宏观介电常数ε和磁导率μ决定（η=√εμ）。此类负折射率材料的开发可带来光学领域的革新应用，如突破衍射极限的完美透镜或光学隐身装置。最初的负折射率超材料采用金属导线与开口谐振环单元阵列实现，在微波波段实验验证后，随着单元尺寸缩小至纳米级，其光学波段应用也成为可能。但体相超材料常因金属结构的共振响应而存在高损耗与强色散问题，且三维超材料所需的复杂结构难以通过现有微纳加工技术实现。因此近期研究聚焦二维超材料（即超表面），这类平面材料兼具电磁响应调控能力与薄层结构的低损耗优势。亚波长厚度表面的引入使传播相位最小化，研究焦点从开发负介电常数/磁导率材料转向通过表面结构调控反射与透射——这可通过设计超表面空间变化的相位响应（采用金属或介质表面结构）来利用散射效应产生的突变相位跃变与偏振变化，并实现精准调控。 固体物理学中，材料可根据能带结构分类：金属具有重叠的导带与价带，电子可自由移动；电介质绝缘体则存在宽禁带。两类材料虽通过不同物理机制与入射电磁场相互作用并产生光散射效应，但均被用于实现超材料的巨大潜力。

    关键词： 等离子体激元、表面等离极化激元、赝表面等离激元、超表面、超材料、亚波长限制、光学场

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 具有多元单极子开槽耦合结构的矩形波导T型接头功率特性

    摘要： 矩形波导结是广泛使用的天线-波导器件。因此，分析阻抗插入对波导结电动力学特性的影响对实际应用具有重要意义。本文提出了具有三单元单极-槽耦合结构的矩形波导E面T结数学模型。该模型基于感应电动势和磁动势方法获得的电流方程组的近似解析解建立。模型的特点是同时考虑两种阻抗：沿单极轴变化的表面阻抗和分布在侧向半无限长波导端面上的恒定阻抗。针对波导单模工作状态下的结功率特性进行了多参数研究，包括侧向波导端面覆盖超材料层的情况。研究了将阻抗涂层作为控制元件高效调节波导结输出臂间功率分配的可能性。

    关键词： 阻抗涂层、超材料、波导结、谐振缝隙、阻抗单极子

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 基于分子间编码器的仿生工具箱：迈向进化型4D手性等离子体材料

    摘要： 过去二十年间，纳米光子学（包括等离子体光学与超材料）为实现对光-物质相互作用的非凡调控提供了广阔前景。强手性光-物质相互作用就是典型例证。三维手性原本仅自然存在于有机分子和生物机体中，但由于这些天然材料的吸收截面极小，其手征光学效应微乎其微。然而受生物手性启发，纳米光子手性材料极大拓展了可获取手征光学效应的设计空间（例如将手性光-物质相互作用推向宽带圆偏振器、负折射率及灵敏手性传感等特殊领域）。但要实现能进一步提升手征光学效应的精确定义且动态可重构的手性形貌，仍是当前挑战。

    关键词： 等离子体学、超材料、手性光学效应、纳米光子学、手性光-物质相互作用、三维手性

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • [IEEE 2018年第11届通信系统、网络与数字信号处理国际研讨会（CSNDSP）- 布达佩斯（2018年7月18日至20日）] 2018年第11届通信系统、网络与数字信号处理国际研讨会（CSNDSP）- 基于超材料的超宽带（UWB）天线设计与分析

    摘要： 本文对超宽带（UWB）天线的性能进行了数值研究，提出基于微型化几何结构超材料的不同无线应用UWB天线设计与分析方案。采用基于有限积分技术（FIT）的计算机仿真技术/微波工作室（CST MWS）软件包构建并分析所提出的超材料单元与天线结构设计方法。为提升UWB天线在带宽、增益、辐射方向图及频率谐振方面的性能，本文从贴片与接地板入手（二者与天线结构共衬底），提出并构建了超材料方案?；贑ST MWS的FIT公式体系开展了系统研究，通过优化流程重新调整特定天线参数以实现最优设计方案。制作了两个原型：首个原型在圆形UWB天线顶部与接地板应用四个分形单元；第二个原型由四个改进型分裂环谐振器（SRR）、电容加载条（CLS）及导线构成。采用CST MWS公式体系对两个原型的性能进行数值评估，通过监测添加超材料结构对天线性能的影响，开展多组数值模拟参数研究以确定最优设计，最终实现天线最大带宽与较佳增益的优化平衡。

    关键词： 分形单元、超材料、超宽带天线、CST微波工作室、S11参数、开口谐振环

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • [IEEE 2018年智慧城市与新兴技术国际会议（ICSCET）- 印度孟买（2018.1.5-2018.1.5）] 2018年智慧城市与新兴技术国际会议（ICSCET）- 利用超材料和超导线圈为电动汽车进行无线电能传输

    摘要： 本文聚焦于利用超材料板和超导谐振线圈实现电动汽车无线充电的实用方法。智慧城市中的电动智能汽车在行驶路径上设有独立充电站，该站点配备两个谐振线圈：一个采用高温超导（HTS）天线埋设于地表下方，另一个接收线圈安装于车内，两者之间置有超材料板。由于超导体能提供大电流密度和高Q值，使得HTS天线即便采用小型化设计也能传输大量电能，从而构成高效能量传输电路。实验结果表明：采用谐振耦合方式时，在两线圈间置入耦合系数约0.2或更低的超材料板可实现更高效的能量传输；而感应耦合方式的耦合系数高达0.9或以上。原型系统在2米距离内使用插入式谐振器实现了40%的能量传输效率。

    关键词： 无线电能传输、超导线圈、电动汽车、谐振耦合、超材料

    更新于2025-09-11 14:15:04