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具有近零介电常数覆盖层的高增益小型化贴片天线
摘要： 本文设计并制作了一款工作频率为518MHz、以零折射率超材料（ZIM）作为覆层的微型贴片天线（MPA）。该方法用于提取单元结构的有效特性参数，包括阻抗、折射率以及介电常数和磁导率。我们研究了天线与覆层间距对天线性能的影响，并通过仿真与实测双重手段评估了天线性能。研究结果表明：采用ZIM覆层的贴片天线具有更强的方向性与更高的增益，且实测值与仿真值吻合良好。相比无ZIM覆层的天线，加载ZIM覆层的天线增益显著提升。具体而言，基于超材料的覆层天线（即本文提出的超材料天线）平均增益从-1.9dBi大幅提升至3.97dBi。事实上，该天线方向性因超材料的零折射特性而得到显著改善。
关键词： 低剖面、超材料、近零介电常数材料、高增益天线
更新于2025-09-23 15:23:52
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频域中反谐振-谐振对称对周围的电磁波隐身与散射
摘要： 电磁波的隐身与散射消除技术因其能够操控射频与光波且具有科学价值而备受关注。本文解析结果表明，作为散射消除方案之一的等离子体隐身现象，出现在频域中Tonks-Dattner共振附近——该共振区域本会增强波散射。这种实现隐身与散射的反谐振-谐振组合，分别通过电子等离子体频率上下对称位置产生交叉关联。但隐身效应几乎不受电子与中性质点碰撞影响，而谐振区的散射对此极为敏感，导致谐振特征模糊化。研究通过动态调节电子密度使工作点穿过隐身条件并趋近谐振，对该解析预测进行了实验验证?；诶嗍笛楣剐偷氖导扑阒な担旱惫ぷ鞯憬咏痴裉跫?，既出现散射消除效应又伴随散射增强。这些结果直接证明了均匀epsilon近零材料可实现散射消除，并展示了等离子体作为隐身材料的有效性。
关键词： 等离子体、电磁隐身、散射消除、汤克斯-达特纳共振、近零介电常数材料
更新于2025-09-23 15:22:29
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基于光学通信波段近零介电常数材料的超紧凑单向片上光源
摘要： 片上光源是集成光子电路和量子信息处理芯片的关键组件之一。迄今为止，在光通信波段同时实现高方向性、高收集效率与超小特征尺寸的片上光源仍极具挑战。本研究在1550纳米波长处实验实现了由掺铝氧化锌薄膜（一种近零介电常数材料）蚀刻而成的圆形抛物面片上光源。放置于该抛物面焦点附近的硫化铅量子点团簇所发射的光子，因掺铝氧化锌与周围介质间存在巨大阻抗失配而被反射为定向平行光束。这个特征尺寸仅1.5微米的超紧凑器件实现了±3°的超小发射发散角和44分贝的超高方向性发射对比度。模拟预测其收集效率可达92%。该工作不仅为基于近零介电常数材料的集成光子器件实现提供了新途径，也为复合功能纳米结构的精准组装提供了新方法。
关键词： 纳米操纵、片上光源、光通信、近零介电常数材料、量子点
更新于2025-09-12 10:27:22
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边缘等离子体辅助电光调制器
摘要： 我们通过利用混合等离子体波导特有的边缘等离子体模式，实现了高效电光调制。该方法解决了有源和无源元件偏振约束导致的集成微波光子学主要障碍。除表面等离子体激元典型的亚波长限制外，边缘等离子体模式还能精确匹配基于硅的输入/输出光栅耦合器、波导和电光调制器的偏振要求。这种采用三明治结构的混合波导概念实现了传播等离子体模式与波导模式的耦合。垂直排列的三明治结构包含一层极近零介电常数材料（氧化铟锡），可在小尺度上实现高效调制。所采用的边缘等离子体具有混合偏振态，可由水平偏振波导模式激发。这使得调制器能直接与高效光栅耦合器配合工作，避免使用笨重且损耗高的偏振转换器。我们建立了基于麦克斯韦方程与漂移-扩散半导体方程相结合的三维光学模型，通过大量数值计算完成了材料与几何结构的优化，计算并分析了有效模式、稳态场分布、消光系数、光学损耗及电荷传输特性。除偏振匹配优势外，该模型的特点还包括：硅波导的紧凑平面几何结构、降低的有源电阻R值，以及便于实验实现的简约设计。
关键词： 偏振约束、混合等离子体波导、漂移-扩散半导体方程、电光调制、边缘等离子体模式、氧化铟锡、近零介电常数材料、麦克斯韦方程组
更新于2025-09-11 14:15:04