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基于超材料的亚波长微带谐振器
摘要： 提出了一种基于超材料的高品质因数、工艺简单的亚波长微带谐振器。实验结果表明，当谐振器长度约为波长的三分之一时，实现了约70的品质因数。首先，仅通过在微带上加载芯片电容器或仅加载芯片电感器，分别实现了μ负超材料（MNM）和ε负超材料（ENM）。与传统基于微带的MNM和ENM实现方法相比，该实现过程更为简单。随后，研究了通过这种简单方法制造的MNM与ENM异质结构的传输特性，结果表明可以利用MNM-ENM异质结构构建亚波长微带谐振器。此外，还探究了基于MNM-ENM异质结构的亚波长微带谐振器的品质因数增强效应。结果显示，由于在MNM-ENM异质结构界面引入类电磁诱导透明超材料后电磁场约束更强，样品实验中的品质因数显著提升，约提高了15倍。
关键词： 谐振器、品质因数、亚波长、超材料
更新于2025-09-23 15:23:52
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径向非均匀亚波长球体的极化率
摘要： 本研究考察了亚波长核壳球的极化率，其中壳层具有径向非均匀的介电常数分布。通过散射势和相应散射振幅对静电极化率进行数学处理，最终推导出依赖于径向非均匀函数的极化率通用表达式。该通用模型应用于两种特例：幂律分布和具有指数径向依赖性的新型介电常数分布。所提分析以简明方式量化了非均匀性效应，可直接应用于天然或人工介电非均匀性，服务于超材料范式内外的广泛应用场景。特别地，在幂律介电常数分布的核壳球中识别出对称-反对称共振等离子体简并这一特殊案例，该简并现象可用于实验验证非均匀性诱导效应，或适用于需要强耦合共振机制的应用。此外，该分析为纳米尺度渐变折射率等离子体粒子的电动力学散射效应提供了唯象与第一性原理建模途径。该描述方法亦可直接用于含非均匀材料新型计算方法的基准测试或逆散射研究。
关键词： 逆散射、亚波长、核壳球体、散射势、超材料、径向指数依赖性、极化率、散射振幅、等离子体简并、径向非均匀介电常数、幂律分布
更新于2025-09-23 15:21:01
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环形表面上的暗光学陷阱阵列
摘要： 我们已在理论上构建了能够产生光学势场的照明光场，这些光场可在环面表面形成矩形阵列的暗光学陷阱。该阵列不受衍射极限限制，其周期原则上可远小于波长。我们讨论了实现此类势场所面临的挑战，这对量子模拟研究具有重要意义。
关键词： 涡旋线、量子模拟、光学陷阱、环形表面、亚波长
更新于2025-09-23 03:30:34
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[2019年IEEE欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019.6.23-2019.6.27)] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 亚波长AlGaAs/GaAs垂直发射纳米柱中光提取效率的显著增强
摘要： 将主动纳米光子器件（即纳米激光器和纳米发光二极管/nanoLEDs）缩小至深亚微米尺寸，对于实现未来紧凑型光子集成电路在光通信[1]及生物传感与生物成像应用[2]所需的小型化（<1 μm2）、低能耗（<10 fJ/比特）和高效率（>10%）光源至关重要。随着这些纳米级光源表体比急剧增大，强非辐射过程和光提取困难等因素已被证实会显著降低nanoLEDs和纳米激光器的外量子效率[3]。尽管学界已在光增强与出耦合方法（如二维光子晶体[4]、光学纳米天线[5]或集成光栅耦合器的纳米波导[3]）方面开展深入研究，但当发光结构尺寸缩减至深亚波长（<<λ/3）量级时，这些方案实施难度极大。 本研究报道了砷化镓衬底上垂直发射的未掺杂AlGaAs/GaAs/AlGaAs锥形柱体在发射标称面积缩小至亚微米尺度时（图1a），在λ~670 nm处呈现显著增强的信号。通过电子束光刻和干法刻蚀技术制备了横向宽度200 nm至8 μm的垂直发射柱体，并采用λ=561 nm激光激发的显微光致发光(PL)显微镜进行表征。图1b展示了光学泵浦微柱（上）与纳米柱（下）的发射图像实例（插图为对应强度分布）。微柱发光强度随直径减小呈平面LED典型的d2缩放规律递减；但当直径从4 μm缩减至0.2 μm（尤其在300 nm < d < 400 nm区间），尽管标称发射面积缩小超100倍，强度仅衰减约10倍——例如d=360 nm柱体的发射强度峰值及积分强度与d~1 μm柱体相当，这种显著偏离微柱d2依赖性的现象实现了27倍发光增强（图1c总结）。 针对d=360 nm锥形纳米柱的FDTD模拟（图1a底部）表明该增强源于三重效应：i) 横向尺寸减小抑制光学模式；ii) 高效空气耦合输出；iii) 锥形结构定向发射增强。值得注意的是，如图1c蓝圈所示，经(NH4)2S表面钝化及约50 nm SiO?介质封盖后发光性能可进一步提升，亚微米柱发光强度较未钝化样品提高3倍。总之，本研究实现了深亚波长垂直发射纳米柱的光提取效率大幅跃升，使纳米级器件获得媲美微米器件的明亮发光。结合表面复合抑制效应，该成果对开发低功耗光互连用高性能纳米光电器件、实现光子集成电路中室温高效光源具有重要价值。
关键词： 亚波长、纳米光子学、垂直发射纳米柱、AlGaAs/GaAs、光提取效率
更新于2025-09-11 14:15:04
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[IEEE 2019年第21届透明光网络国际会议(ICTON) - 法国昂热(2019.7.9-2019.7.13)] 2019年第21届透明光网络国际会议(ICTON) - 用于红外波长的悬浮锗波导
摘要： 绝缘体上硅（SOI）是近红外硅光子学的主流平台。然而，二氧化硅在4微米以上波长的高吸收特性限制了该材料在中红外波段（2-20微米）的应用范围。本文综述了我们近期关于悬空器件的研究：基于先前3.8微米波长下采用亚波长光栅（SWG）侧向包层的悬空硅器件工作，以及最新在7.67微米波长取得的成果。该平台沿用成熟的SOI制造工艺，仅需单次光刻蚀刻步骤，且能充分利用波导芯材的全透明波段。因此，其覆盖超大波长范围的设计特性使其成为传感应用的理想候选方案。由于波导底部包层为空气，通过设计可将模式压缩以增大倏逝场比例，从而增强与周围分析物的相互作用。
关键词： 波导、锗、亚波长、中红外
更新于2025-09-11 14:15:04
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用于低频电磁吸收器的亚波长超材料单元胞
摘要： 本文提出一种用于低频电磁吸收器的亚波长超材料单元结构。为实现超材料吸收器的周期性阵列，必须将单元结构的占位尺寸和厚度缩小至亚波长量级。通过在对称方形环谐振器中引入电感集总元件，我们在2.4 GHz频率下实现了0.027λ×0.027λ×0.043λ的单元电尺寸。通过全波仿真与实测验证了该吸收器的性能：2%的电感容差仅导致吸收率和吸收频率分别产生1.2%和1.25%的误差。制备的13×27单元原型在2.4 GHz频率下实测吸收率达到99.6%。
关键词： 电磁吸收器、电感集总元件、低频、超材料、亚波长
更新于2025-09-11 14:15:04
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极亚波长负折射率超材料
摘要： 我们展示了一种工作在射频段的极亚波长负折射率超材料结构。该超材料的单元由平面螺旋结构与蜿蜒导线结构通过介质基板分隔组成。在共振频率附近，传播方向上自由空间波长与单元尺寸之比达到了创纪录的1733。该超材料还具有迄今记录的最极端负折射率值-109。其磁响应和电响应分别源自螺旋结构与蜿蜒导线。研究表明，蜿蜒导线是提升负折射率超材料透明度的关键要素。
关键词： 射频，负折射率超材料，亚波长，螺旋形，蜿蜒导线
更新于2025-09-09 09:28:46
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具有阻抗边界的小散射体中的共振现象
摘要： 通过解析（广义米氏散射）和数值（基于积分方程）方法，我们证明了无损耗阻抗边界小球体散射响应中存在强共振现象。随着尺寸增大，这些多极共振会随表面阻抗幅值变化而产生阻尼和频移。电型共振呈感性特征，磁型共振则呈容性特征。值得注意的是，这类亚波长共振与小负介电常数散射体的等离子体共振相似，但不同于仅含电多极子的等离子体情形，它们以两族形式出现。我们从表面电流角度分析了基偶极模式，并研究了形状变为非球面几何时的效应。对于耗散性阻抗散射体，最大吸收产生于阻抗匹配情况。
关键词： 散射、米氏散射、共振、亚波长、阻抗边界
更新于2025-09-09 09:28:46