利用介质超材料控制太赫兹波的振幅和相位

张学迁; 张慧芳; 田震; 谷建强; 欧阳春梅; 路鑫超; 韩家广; 张伟力

doi:10.3788/IRLA201645.0425004

利用介质超材料控制太赫兹波的振幅和相位

doi: 10.3788/IRLA201645.0425004

1.
天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术科学教育部重点实验室天津大学太赫兹波研究中心,天津 300072;
2.
中国科学院微电子研究所,北京 100029

基金项目:

国家重点基础研究发展计划(2014CB339800);国家自然科学基金(61427814,61138001,61205098,61422509);高等学校博士学科点专项科研基金(20110032120058)

详细信息

作者简介:
张学迁(1988-),男,博士生,主要从事太赫兹超材料方面的研究。Email:alearn1988@126.com;韩家广(1978-),男,教授,博士生导师,博士,主要从事太赫兹科学与技术、光与物质相互作用和人工电磁微结构方面的研究。Email:jiaghan@tju.edu.cn

张学迁(1988-),男,博士生,主要从事太赫兹超材料方面的研究。Email:alearn1988@126.com;韩家广(1978-),男,教授,博士生导师,博士,主要从事太赫兹科学与技术、光与物质相互作用和人工电磁微结构方面的研究。Email:jiaghan@tju.edu.cn

中图分类号: O433

Simultaneous control of terahertz amplitude and phase with dielectric metamaterials

1.
Center for Terahertz Waves,Key Laboratory of Optoelectronics Information and Technology(Ministry of Education),School of Precision Instrument and Optoelectronics Engineering,Tianjin University,Tianjin 300072,China;
2.
Institute of Microelectronics of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100029,China

摘要: 设计了基于介质高阻硅的超材料用于对太赫兹波的透射振幅和相位进行控制。这里组成超材料的基本结构单元为亚波长柱状硅,相比于基于金属的超材料,其损耗小,效率也更高。太赫兹入射到不同尺寸和旋向的柱状硅时,所透射的太赫兹波的振幅和相位也不同。通过设计不同空间位置处的柱状硅尺寸和旋向,就可以实现任意的振幅和相位分布,从而对透射波波前进行完全的控制。实验中,利用这种硅质微结构设计了三种不同的奇异光栅,其衍射级次和数目可任意控制。这种基于介质超材料的方法,设计简单,加工方便,在制作太赫兹波段低损耗的功能器件方面有着广泛的应用前景。
- 振幅和相位控制 /
- 介质超材料 /
- 太赫兹 /
- 奇异光栅
Abstract: Dielectric metamaterials based on high-impedance silicon were designed for controlling the amplitude and phase of the terahertz waves. Here, the basic unit cells of the dielectric metamaterials are subwavelength silicon pillars, they have lower loss and thus have higher efficiency compared with the metal based metamaterials. As different silicon pillars with different geometric parameters and orientation angles will have different transmission amplitude and phase when the terahertz wave passes through them, nearly arbitrary spatial amplitude and phase distributions can be achieved by designing the geometric parameters and orientation angles of the silicon pillars at different positions, which allows to fully control the shape of the transmitted terahertz wavefront. In experiment, three different meta-gratings were designed using the silicon based structures in which the diffractive orders and their numbers can be arbitrarily controlled. Such dielectric metamaterials are very easy to design and fabricate, making them very promising in developing low-loss terahertz functional devices.
- amplitude and phase control /
- dielectric metamaterials /
- terahertz /
- meta-grating

[1]	Schurig D, Mock J J, Justice B J. et al. Metamaterial electromagnetic cloak at microwave frequencies[J]. Science, 2006, 314:977-980.
[2]	Shelby R A, Smith D R, Schultz S. Experimental verification of a negative index of refraction[J]. Science, 2001, 292:77-79.
[3]	Fang N, Lee H, Sun C, et al. Sub-diffraction-limited optical imaging with a silver superlens[J]. Science, 2005, 308:534-537.
[4]	Gong Q, Liu X, Duan Z, et al. Study on absorbing properties and mechanism of cross-shaped metamaterial absorber[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(6):1528-1532. (in Chinese)
[5]	Cao X, Yao J, Che Y. Transmission characteristic of asymmetric double-split ring resonator in terahertz wavelength[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(11):3854-3858.
[6]	Yu N, Genevet P, Kats M A, et al. Light propagation with phase discontinuities:generalized laws of reflection and refraction[J]. Science, 2011, 334:333-337.
[7]	Zhang X, Tian Z, Yue W, et al. Broadband terahertz wave deflection based on c-shape complex metamaterials with phase discontinuities[J]. Adv Mater, 2013, 25:4567-4572.
[8]	Hu D, Wang X, Feng S, et al. Ultrathin terahertz planar elements[J]. Adv Opt Mater, 2013, 1:186-191.
[9]	Wang Q, Zhang X, Xu Y, et al. A broadband metasurface-based terahertz flat-lens array[J]. Adv Opt Mater, 2015, 3:779-785.
[10]	Huang L, Chen X, Mhlenbernd H, et al. Three-dimensional optical holography using a plasmonic metasurface[J]. Nature Commun, 2013, 4:2808.
[11]	Soukoulis C M, Wegener M. Past achievements and future challenges in the development of three-dimensional photonic metamaterials[J]. Nature Photon, 2011, 5(9):523-530.
[12]	Yang Y, Kravchenko I I, Briggs D P, et al. All-dielectric metasurface analogue of electromagnetically induced transparency[J]. Nature Commun, 2014, 5:5753.
[13]	Liu L, Zhang X, Kenney M, et al. Broadband metasurfaces with simultaneous control of phase and amplitude[J]. Adv Mater, 2014, 26:5031-5036.
[14]	Pfeiffer C, Grbic A. Metamaterial huygens' surface:tailing wave front with reflectionless sheets[J]. Phys Rev Lett, 2013, 110:197401.
[15]	Grady N K, Heyes J E, Chowdhury D R, et al. Terahertz metamaterials for linear polarization conversion and anomalous refraction[J]. Science, 2013, 340:1304-1307.

[1]	刘佳琪, 程用志, 陈浮, 罗辉, 李享成. 基于几何相位超表面的高效独立双频点圆偏振太赫兹波束调控 . 红外与激光工程, 2023, 52(2): 20220377-1-20220377-11. doi: 10.3788/IRLA20220377
[2]	苏英蔚, 田震. 基于相位梯度光栅介电超表面的高效太赫兹波异常反射器 . 红外与激光工程, 2023, 52(2): 20220304-1-20220304-7. doi: 10.3788/IRLA20220304
[3]	孟宪睿, 张铭, 席宇鹏, 王如志, 王长昊, 王波. 复合石墨烯/硅半球的宽带太赫兹超材料吸收器 . 红外与激光工程, 2022, 51(6): 20210648-1-20210648-7. doi: 10.3788/IRLA20210648
[4]	李泉, 刘姗姗, 路光达, 王爽. 利用石墨烯-金属复合结构实现太赫兹电磁诱导透明超表面主动调控 . 红外与激光工程, 2021, 50(8): 20210246-1-20210246-6. doi: 10.3788/IRLA20210246
[5]	李雅尚, 赵国忠, 韦青云, 刘宇洋, 阚晨, 李帅. 太赫兹被动成像系统性能研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(4): 0404005- 0404005-10. doi: 10.3788/IRLA202049.0404005
[6]	朱久泰, 郭万龙, 刘锋, 王林, 陈效双. 基于光热载流子调控的二维材料红外与太赫兹探测器研究进展 . 红外与激光工程, 2020, 49(1): 0103001-0103001(10. doi: 10.3788/IRLA202049.0103001
[7]	王晶, 田浩. 基于双重共振响应的太赫兹柔性可拉伸超表面（特邀） . 红外与激光工程, 2020, 49(12): 20201059-1-20201059-6. doi: 10.3788/IRLA20201059
[8]	贺敬文, 董涛, 张岩. 太赫兹波前调制超表面器件研究进展 . 红外与激光工程, 2020, 49(9): 20201033-1-20201033-11. doi: 10.3788/IRLA20201033
[9]	夏祖学, 刘发林, 邓琥, 陈俊学, 刘泉澄. 频率可调太赫兹微结构光电导天线 . 红外与激光工程, 2018, 47(5): 520002-0520002(7). doi: 10.3788/IRLA201847.0520002
[10]	吴俊政, 严卫东, 倪维平, 张晗. 圆周阵列太赫兹干涉成像仿真 . 红外与激光工程, 2017, 46(8): 825002-0825002(8). doi: 10.3788/IRLA201746.0825002
[11]	马学, 李琦, 鲁建业. 太赫兹高斯光束整形环形光束 . 红外与激光工程, 2017, 46(5): 525002-0525002(8). doi: 10.3788/IRLA201746.0525002
[12]	郑伟, 范飞, 陈猛, 白晋军, 常胜江. 基于太赫兹超材料的微流体折射率传感器 . 红外与激光工程, 2017, 46(4): 420003-0420003(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0420003
[13]	葛栋森, 许全, 魏明贵, 张学迁, 韩家广. 基于曲折线型介质超材料的宽带太赫兹四分之一波片 . 红外与激光工程, 2017, 46(9): 921002-0921002(5). doi: 10.3788/IRLA201746.0921002
[14]	王启超, 汪家春, 赵大鹏, 林志丹, 苗雷. 太赫兹波对烟幕的透射能力研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(12): 3696-3700.
[15]	许文忠, 钟凯, 梅嘉林, 徐德刚, 王与烨, 姚建铨. 太赫兹波在沙尘中衰减特性 . 红外与激光工程, 2015, 44(2): 523-527.
[16]	何晓阳, 张屹遐, 杨春, 陈琦. 太赫兹光子晶体光纤与天线设计 . 红外与激光工程, 2015, 44(2): 534-538.
[17]	王蓉蓉, 吴振森, 张艳艳, 王明军. 太赫兹波段信号在雾中的传输特性研究 . 红外与激光工程, 2014, 43(8): 2662-2667.
[18]	童劲超, 黄敬国, 黄志明. 基于铟镓砷材料的新型太赫兹/亚毫米波探测器研究 . 红外与激光工程, 2014, 43(10): 3347-3351.
[19]	罗俊, 公金辉, 张新宇, 季安, 谢长生, 张天序. 基于超材料的连续太赫兹波透射特性研究 . 红外与激光工程, 2013, 42(7): 1743-1747.
[20]	鞠智鹏, 李德华, 周薇, 马建军, 李乾坤, 屈操. 相位阶跃变化型太赫兹波带片 . 红外与激光工程, 2013, 42(6): 1519-1522.

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doi: 10.3788/IRLA201645.0425004

1. 天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术科学教育部重点实验室天津大学太赫兹波研究中心,天津 300072;

2. 中国科学院微电子研究所,北京 100029

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利用介质超材料控制太赫兹波的振幅和相位

doi: 10.3788/IRLA201645.0425004

1. 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 光电信息技术科学教育部重点实验室 天津大学太赫兹波研究中心,天津 300072; 2. 中国科学院微电子研究所,北京 100029

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1. 天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术科学教育部重点实验室天津大学太赫兹波研究中心,天津 300072;

2. 中国科学院微电子研究所,北京 100029