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基于石墨烯的太赫兹可调编码超表面

光电子·激光 2024年

作者：董先超汪静丽万洪丹陈鹤鸣钟凯南京邮电大学贝尔英才学院南京邮电大学电子与光学工程学院柔性电子(未来技术)学院天津大学精密仪器与光电子工程学院教育部光电信息技术重点实验室

论文依据几何相位原理，在反射型太赫兹编码超表面单元结构中引入了石墨烯材料，通过调控双层石墨烯结构的费米能级可使其反射幅度动态可调。根据单元的幅度可调特性，设计出具有旋转相位梯度特征的编码序列，产生了幅度可调的涡旋光束... 详细信息

论文依据几何相位原理，在反射型太赫兹编码超表面单元结构中引入了石墨烯材料，通过调控双层石墨烯结构的费米能级可使其反射幅度动态可调。根据单元的幅度可调特性，设计出具有旋转相位梯度特征的编码序列，产生了幅度可调的涡旋光束。与编码超表面的傅里叶卷积运算相结合，进一步设计能够出射双涡旋光束的编码超表面，大大提升了对涡旋光束数目和散射角度的可控性。其在太赫兹高速通信系统中具有潜在的应用价值。

关键词：反射型太赫兹编码超表面几何相位原理石墨烯涡旋光束

基于编码相位梯度超表面产生多波束多模态太赫兹涡旋波

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光学学报 2024年

作者：孙文俊汪静丽尹亮万洪丹陈鹤鸣钟凯南京邮电大学电子与光学工程学院天津大学精密仪器与光电子工程学院教育部光电信息技术重点实验室南京邮电大学贝尔英才学院

本文设计了一种2-bit编码相位梯度超表面，用于实现多波束多模态太赫兹涡旋波。根据Pancharatnam-Berry(PB)几何相位原理在超表面单元中引入相位梯度，设计出编码元素“00”，“01”，“10”，“11”。将上述编码元素按照不同的编码序... 详细信息

本文设计了一种2-bit编码相位梯度超表面，用于实现多波束多模态太赫兹涡旋波。根据Pancharatnam-Berry(PB)几何相位原理在超表面单元中引入相位梯度，设计出编码元素“00”，“01”，“10”，“11”。将上述编码元素按照不同的编码序列排布，分别获得模态为l=-1、l=-2涡旋波的编码相位梯度超表面以及两分束的编码相位梯度超表面。利用傅里叶卷积定理，将产生涡旋波的编码序列与两分束的编码序列进行卷积，产生了l=-1或l=-2同一模态的两分束涡旋波。利用相位叠加原理，将产生不同模态的两分束涡旋波的相位结合，构成具有新相位分布的编码相位梯度超表面。仿真结果表明：线极化波(LP)激励下，所设计的编码相位梯度超表面能同时产生两束l=-1、两束l=-2、两束l=+1和两束l=+2的涡旋波，其将在无线通信及高分辨率成像等方面有潜在应用价值。

关键词：太赫兹涡旋波编码相位梯度超表面编码元素

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可切换频段的太赫兹编码超表面

光学学报 2024年第3期44卷 260-270页

作者：汪静丽杨志雄尹亮董先超万洪丹陈鹤鸣钟凯南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院江苏南京210023 南京邮电大学贝尔英才学院江苏南京210023 天津大学精密仪器与光电子工程学院教育部光电信息技术重点实验室天津300072

依据Pancharatnam-Berry(PB)相位原理提出了一种可切换频段的太赫兹编码超表面,其顶层是金属-二氧化钒(VO2)复合结构层,中间是聚酰亚胺介质层,底部为纯金属反射层。编码超表面单元按不同的编码序列排列构成的编码超表面,可以产生多种太... 详细信息

依据Pancharatnam-Berry(PB)相位原理提出了一种可切换频段的太赫兹编码超表面,其顶层是金属-二氧化钒(VO2)复合结构层,中间是聚酰亚胺介质层,底部为纯金属反射层。编码超表面单元按不同的编码序列排列构成的编码超表面,可以产生多种太赫兹波束形式,并且随着VO_(2)的相变,可以在不改变原波束形式的情况下实现从单频段到双频段的切换功能。通过设计不同的编码序列,令编码超表面分别产生了涡旋波和散射波,对于垂直入射的右旋圆极化波(左旋圆极化波类似):当VO2处于绝缘态时,在频段1.17~1.37 THz处可以产生与编码序列所对应的波束形式;当VO2相变为金属态时,在0.87~0.92 THz和1.4~1.6 THz两个不同频段处分别获得与VO2处于绝缘态时相同的波束形式,进一步拓宽波束产生的频段。所提出的编码超表面利用了VO2的相变特性增加了太赫兹工作的频段,为实现频段可切换的太赫兹编码超表面提供了思路,在太赫兹波束调控中的调频方面有一定参考意义。

关键词：光学器件太赫兹编码超表面二氧化钒可切换频段

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多频点多波束可调的全空间太赫兹编码超表面

光学学报 2024年第4期44卷 300-309页

作者：杨志雄汪静丽孙文俊尹亮董先超万洪丹陈鹤鸣钟凯南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院江苏南京210023 南京邮电大学贝尔英才学院江苏南京210023 天津大学精密仪器与光电子工程学院教育部光电信息技术重点实验室天津300072

提出了一种通过改变二氧化钒的相变状态,实现太赫兹波在透射、反射之间灵活切换且多频点多波束可调的全空间太赫兹编码超表面。仿真结果表明:当二氧化钒处于绝缘态时,在频率f_(1)=0.6 THz的左旋圆极化波(LCP)垂直入射下,设计的编码超表... 详细信息

提出了一种通过改变二氧化钒的相变状态,实现太赫兹波在透射、反射之间灵活切换且多频点多波束可调的全空间太赫兹编码超表面。仿真结果表明:当二氧化钒处于绝缘态时,在频率f_(1)=0.6 THz的左旋圆极化波(LCP)垂直入射下,设计的编码超表面可以视为3-bit Pancharatnam-Berry(PB)几何相位编码超表面,产生透射的拓扑荷数为1的涡旋波;当二氧化钒处于金属态时,设计的编码超表面可以视为双频点独立可调的1-bit各向异性反射型编码超表面。频率f_(2)=0.5 THz的正交线极化波(x与y极化波)垂直入射时,该编码超表面可以产生两种不同形式的对称波束;频率f_(3)=0.85 THz的正交线极化波垂直入射时,可以实现雷达散射缩减和对称波束。这对设计多功能的太赫兹波束调控器件有一定的借鉴意义。

关键词：表面光学太赫兹全空间可调编码超表面多波束

一种支持130个轨道角动量模式稳定传输的反谐振光纤

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光学学报 2023年第23期43卷 72-81页

作者：王震汪静丽南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院江苏南京210023

随着光纤通信技术的不断发展,基于轨道角动量(OAM)模式传输的空分复用技术引起了人们的广泛关注。本文提出了一种反谐振光纤(ARF),其结构主要分为三部分:内层高折射率紫水晶玻璃管作为环芯,其有效增大了纤芯与包层的折射率差,有利于OAM... 详细信息

随着光纤通信技术的不断发展,基于轨道角动量(OAM)模式传输的空分复用技术引起了人们的广泛关注。本文提出了一种反谐振光纤(ARF),其结构主要分为三部分:内层高折射率紫水晶玻璃管作为环芯,其有效增大了纤芯与包层的折射率差,有利于OAM模式的稳定传输;中间层二氧化硅(SiO_(2))玻璃管起到调节色散的作用;外层负曲率管处于反谐振状态,进一步增强了对环芯光子能量的限制。该光纤可在1.5~1.7μm波段内稳定传输130个OAM模式。基于矢量有限元法(FEM)对ARF进行建模仿真与分析,结果表明,最大有效折射率差为6.08×10^(-3),最小色散变化率仅为0.43 ps·nm^(-1)·km^(-1),限制损耗(CL)维持在10^(-14)~10^(-8 )dB/m量级之间且最高模式纯度达到99.26%,有效模场面积最大值为187.38μm^(2),非线性系数最小值为0.87 W^(-1)·km^(-1),数值孔径(NA)均大于0.064。此外,还分析了光纤制作误差对其性能的影响。本文所设计的支持OAM模式传输的ARF在长距离光纤通信、高速信息传输等领域具有广泛的应用前景。

关键词：轨道角动量反谐振光纤限制损耗色散光纤通信

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基于伴随法逆向设计的硅基分模器

光学学报 2023年第23期43卷 165-172页

作者：陈涛毛思强万洪丹汪静丽蒋卫锋南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院江苏南京210023

基于伴随优化设计算法逆向设计了一种高集成度硅基分模器。通过优化设计得到横电模TE_(0)和TE_(1)双模分模器的尺寸仅为5.5μm×4μm,其可在不改变模阶数的情况下实现模式高效分离。理论结果显示:当输入TE_(0)模式时,中心波长处的插入... 详细信息

基于伴随优化设计算法逆向设计了一种高集成度硅基分模器。通过优化设计得到横电模TE_(0)和TE_(1)双模分模器的尺寸仅为5.5μm×4μm,其可在不改变模阶数的情况下实现模式高效分离。理论结果显示:当输入TE_(0)模式时,中心波长处的插入损耗和串扰分别为0.14 dB和-23.8 dB;当输入TE_(1)模式时,插入损耗和串扰分别为0.48 dB和-22.45 dB;工作带宽覆盖150 nm时,TE_(0)和TE_(1)模式的插入损耗分别低于0.44 dB和1.16 dB。基于全矢量三维有限时域差分法分析了±15 nm制备容差,两种模式的插入损耗低于0.79 dB,串扰低于-18.37 dB。所提出的紧凑型硅基分模器可应用于片上模分复用系统,为大容量片上光通信和光互联提供可行器件。

关键词：集成光学硅基光电子学硅基分模器逆向设计伴随法

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基于领结型多孔光纤的双芯太赫兹偏振分束器

物理学报 2017年第2期66卷 190-195页

作者：汪静丽刘洋钟凯南京邮电大学光电工程学院南京210023 天津大学光电信息技术科学教育部重点实验室天津300072

领结型多孔光纤具有高双折射的特性,本文基于此设计了一种新型的双芯太赫兹(THz)偏振分束器,采用调整结构法实现了折射率反转匹配耦合,达到偏振分离.仿真结果表明:该偏振分束器在0.5—2.5 THz频率范围内均可实现偏振分离,最小分离长度仅... 详细信息

领结型多孔光纤具有高双折射的特性,本文基于此设计了一种新型的双芯太赫兹(THz)偏振分束器,采用调整结构法实现了折射率反转匹配耦合,达到偏振分离.仿真结果表明:该偏振分束器在0.5—2.5 THz频率范围内均可实现偏振分离,最小分离长度仅为0.428 cm,且在整个频率范围内分离长度不超过2.5 cm.在2.3 THz,x,y两偏振模的吸收损耗均小于0.35 d B;消光比高达22.9和19.2 d B.此外,与填充法实现折射率反转匹配耦合的双芯THz偏振分束器进行比较,本文设计的偏振分束器实现简单,运行的频率范围更宽,分离长度更短,吸收损耗更低.

关键词：偏振分束器太赫兹调整结构多孔光纤

基于高Q值轴向渐变型空芯微腔的高灵敏流速传感器

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光学学报 2023年第20期43卷 224-232页

作者：万洪丹张帅陈彧芳张疏桐汪静丽施伟华南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院江苏南京210023

创新性地提出了一种基于高Q值轴向渐变型空芯微腔的高灵敏流速传感器,实现了微压状态下微腔回音壁模式共振光场对流体的直接检测。首先,利用流体动力学和有限元算法理论分析了轴向渐变型空芯微腔的流速和光场特性。其次,通过熔融拉锥和... 详细信息

创新性地提出了一种基于高Q值轴向渐变型空芯微腔的高灵敏流速传感器,实现了微压状态下微腔回音壁模式共振光场对流体的直接检测。首先,利用流体动力学和有限元算法理论分析了轴向渐变型空芯微腔的流速和光场特性。其次,通过熔融拉锥和气压控制法制备了高Q值(Q>107)轴向渐变型空芯微腔,利用五维高精度位移平台实现微腔与微纳光纤的高精度、低损耗耦合。实验测试并研究了不同尺寸、不同耦合位置时微腔回音壁模式共振光谱的流速传感特性,获得的最大流速灵敏度达0.27 pm/(μL/min),流速分辨率为1.43μL/min。该传感器具有较高的重复性和实时性,在高灵敏度流体检测、水质检测等领域具有潜在应用价值。

关键词：轴向渐变型空芯微腔流速传感回音壁模式灵敏度分辨率

基于VO_(2)的太赫兹各向异性编码超表面

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物理学报 2023年第12期72卷 130-138页

作者：汪静丽杨志雄董先超尹亮万洪丹陈鹤鸣钟凯南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院南京210023 南京邮电大学贝尔英才学院南京210023 天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室天津300072

设计了一种3层结构的太赫兹编码超表面,其顶部是嵌入VO_(2)的金属十字架结构,中间是聚酰亚胺,底部为纯金属.利用该编码超表面的各向异性特点,可以实现对正交极化波(x极化波和y极化波)的独立调控;通过在编码超表面中引入VO_(2)材料,改变... 详细信息

设计了一种3层结构的太赫兹编码超表面,其顶部是嵌入VO_(2)的金属十字架结构,中间是聚酰亚胺,底部为纯金属.利用该编码超表面的各向异性特点,可以实现对正交极化波(x极化波和y极化波)的独立调控;通过在编码超表面中引入VO_(2)材料,改变其相变状态,可进一步增加调控的灵活性.对设计的超表面进行建模仿真和分析,结果表明:对于垂直入射的1 THz正交极化波,VO_(2)处于绝缘态时,设计的超表面可视为2 bit的各向异性编码超表面,产生模式为1和2的涡旋波;VO_(2)处于金属态时,设计的超表面可视为1 bit的各向异性编码超表面,产生对称的2束反射波和4束反射波.所提出的各向异性和相变材料结合的方法,实现了同一超表面上产生多种不同形式太赫兹波束的功能,一定程度上解决了超表面调控太赫兹波形式单一的问题,为实现能够灵活应用于多种场景的多功能编码超表面提供了参考.

关键词：太赫兹编码超表面 VO_(2) 各向异性