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同轴空气线电长度计算在VNA传输相位校准中的应用

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中国测试 2022年第S1期48卷 149-153页

作者：崔广新赵熙河南省计量科学研究院河南郑州450000

为验证矢量网络分析仪(VNA)校准后传输相位测量系统误差是否得到修正,是否满足测量技术要求,通常用同轴空气线作标准器件,当同轴空气线应用于验证频率范围较窄,比如大量使用的8GHz以下的VNA时,空气线校准证书提供频率点和相位点太少,还... 详细信息

为验证矢量网络分析仪(VNA)校准后传输相位测量系统误差是否得到修正,是否满足测量技术要求,通常用同轴空气线作标准器件,当同轴空气线应用于验证频率范围较窄,比如大量使用的8GHz以下的VNA时,空气线校准证书提供频率点和相位点太少,还不足以证实校准中的VNA传输相位计量特性。为解决低频段VNA传输相位测量准确性验证问题,经理论分析,利用传输线理论,使用空气线技术资料和校准证书信息计算出其电长度,可获得任意频率点的相位参考值,同轴空气线资料缺失时也可很容易测量出其大致物理长度用于计算电长度,经实际计算、比较和校准验证,计算出参考值和参考值的不确定度完全满足理论推算和验证要求,对VNA传输相位校准,尤其是对测量频率较低的VNA传输相位校准,有较好实用意义。

关键词：空气线电长度矢量网络分析仪校准传输相位

基于复合相位超构表面的多功能电磁波调控（特邀）

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光学学报 2024年第10期 147-158页

作者：王卓何琼孙树林周磊复旦大学物理学系应用表面物理国家重点实验室上海市超构表面光场调控重点实验室复旦大学光科学与工程系上海超精密光学制造工程技术研究中心

从超构表面调控电磁波研究的发展历史出发，详细介绍了基于复合相位超构表面实现高效多功能调控圆偏振电磁波的原理、设计思路和实验模拟表征，对近期国内外在这一领域的研究进展进行简要的论述，着力以此引导相关研究性实验教学，并为... 详细信息

从超构表面调控电磁波研究的发展历史出发，详细介绍了基于复合相位超构表面实现高效多功能调控圆偏振电磁波的原理、设计思路和实验模拟表征，对近期国内外在这一领域的研究进展进行简要的论述，着力以此引导相关研究性实验教学，并为相关领域研究人员提供指引。

关键词：超构表面共振相位传输相位几何相位复合相位圆偏振光多功能

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太赫兹超表面透镜综述

电子学报 2023年第10期51卷 2651-2663页

作者：曾志强杜良辉李江朱礼国中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621900 宜宾学院理学部四川宜宾644000 中国工程物理研究院微系统与太赫兹研究中心四川成都610200

本文综述了基于人工微结构的太赫兹超表面透镜的最新研究进展,通过仿真分析了人工微结构单元与太赫兹波的相互作用,阐述了共振相位、几何相位和传输相位3种主要的相位调控机理及相应的相位调制效果.根据透镜相位的空间分布规律,通过合... 详细信息

本文综述了基于人工微结构的太赫兹超表面透镜的最新研究进展,通过仿真分析了人工微结构单元与太赫兹波的相互作用,阐述了共振相位、几何相位和传输相位3种主要的相位调控机理及相应的相位调制效果.根据透镜相位的空间分布规律,通过合理的人工微结构布局实现对入射太赫兹波波前的调控,从而实现太赫兹超表面透镜的聚焦和成像功能.太赫兹超表面透镜具有设计灵活、厚度超薄、功能多样等诸多优势,在太赫兹波无损检测、高速通信和公共安全等领域具有广阔的应用前景.本文根据太赫兹波聚焦效率这一重要技术指标,介绍了基于单层结构、多层结构、全介质结构以及可调谐太赫兹超表面透镜的研究成果,并对太赫兹超表面透镜的未来发展前景进行了展望.

关键词：人工微结构太赫兹超表面透镜共振相位几何相位传输相位效率

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固体浸没式红外超表面透镜设计

红外与激光工程 2022年第3期51卷 287-296页

作者：邓三泳岳嵩张东亮刘昭君李慧宇柳渊张紫辰祝连庆北京信息科技大学北京100192 中国科学院微电子研究所北京100029

红外焦平面阵列在各类红外成像系统中发挥着巨大的作用。为提升红外焦平面的工作温度、量子效率和灵敏度,通常使用微透镜阵列作为红外焦平面的聚光器。当前微透镜阵列的制作材料通常与红外探测器材料不同,因此在集成装配时需要额外的工... 详细信息

红外焦平面阵列在各类红外成像系统中发挥着巨大的作用。为提升红外焦平面的工作温度、量子效率和灵敏度,通常使用微透镜阵列作为红外焦平面的聚光器。当前微透镜阵列的制作材料通常与红外探测器材料不同,因此在集成装配时需要额外的工艺手段,工艺难度较大且效率较低。利用微纳光学超表面技术体系,可以在红外探测器衬底材料上直接制作平面式的固体浸没型微透镜阵列,实现前置微透镜与红外焦平面的单片集成。文中以红外探测领域最有潜力的锑化物Ⅱ类超晶格红外探测器为应用目标,设计了一种基于GaSb衬底的固体浸没式红外超表面透镜。设计的超表面透镜在中波红外波段工作,能适用于所有入射偏振。器件设计焦距为100μm,理论上在目标波长下的最高聚焦效率达到70.7%,数值孔径(NA)达到1.15。该设计可以推动微透镜阵列向扁平、超薄、轻量的方向发展,简化微透镜阵列与红外焦平面阵列的集成工艺,有望提升红外焦平面的探测效率,并降低制造成本。

关键词：超表面透镜固体浸没中波红外传输相位偏振不敏感

刍议广播电台音频节目传输相位和音频处理问题

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电子技术与软件工程 2015年第4期 52-52页

作者：郭有林国家新闻出版广电总局五九四台陕西省咸阳市712028

随着经济不断发展,广播电台已经成为人们休闲娱乐中的一种重要方式,通过传播声音的形式,让听众知道社会发生的事情,受到部分民众的喜爱。在广播电台的播放过程中,音频节目传输效果和音频效果,直接影响着广播电台的收听率,因此,要对广播... 详细信息

随着经济不断发展,广播电台已经成为人们休闲娱乐中的一种重要方式,通过传播声音的形式,让听众知道社会发生的事情,受到部分民众的喜爱。在广播电台的播放过程中,音频节目传输效果和音频效果,直接影响着广播电台的收听率,因此,要对广播电台音频节目传输相位和音频处理给以高度重视,以促进广播电台行业长远发展。

关键词：广播电台音频节目传输相位音频处理

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基于半嵌入结构的超透镜共聚焦特性

半导体光电 2023年第6期44卷 889-894页

作者：肖功利陈佳宇杨宏艳赖子凡周嗣童李海鸥刘兴鹏陈赞辉桂林电子科技大学信息与通信学院微电子器件与集成电路重点实验室广西桂林541004 桂林电子科技大学光电工程学院广西桂林541004

设计了一种1∶1比例的半嵌入全介质超透镜,该透镜能够实现不同窄波段的共聚焦特性。采用时域有限差分法对不同高度和晶格常数下纳米单元的相移进行了数值分析。基于惠更斯-菲涅耳原理,构建了1环(半径为7.7μm)和3环(半径为13.5μm)的超... 详细信息

设计了一种1∶1比例的半嵌入全介质超透镜,该透镜能够实现不同窄波段的共聚焦特性。采用时域有限差分法对不同高度和晶格常数下纳米单元的相移进行了数值分析。基于惠更斯-菲涅耳原理,构建了1环(半径为7.7μm)和3环(半径为13.5μm)的超透镜,并对比分析了它们的聚焦特性。在3环设计下,当波长为600 nm、线偏振光时,超透镜的焦距离设计目标偏差约为2.2%,焦点半高全宽为1.1μm,聚焦效率达到68.28%。此外,还对650~490 nm波段内的超透镜色散进行了分析,并得到了650~550 nm波段内100 nm带宽和550~490 nm波段内60 nm带宽的恒定共聚焦焦点,这是由于焦深的存在所导致的。所设计的超透镜结构具有偏振不敏感、亚衍射极限聚焦、变焦和窄波段共聚焦的特性,在超分辨率、光路复用、彩色成像等领域具有潜在的应用价值。

关键词：超表面超透镜共聚焦传输相位偏振不敏感光路复用

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基于太赫兹超表面的微纳器件的设计及研究

基于太赫兹超表面的微纳器件的设计及研究

作者：张雪纯东南大学

学位级别：硕士

近几年,随着5G通讯技术的迅速发展,太赫兹正因其优越的特性而受到越来越广泛的关注。在电磁光谱中,太赫兹位于微波段和红外波段之间,作为宏观电子学向微观光子学过渡的频段,其光子能量低、穿透力高、分辨率高的特点也使其在环境遥感、... 详细信息

近几年,随着5G通讯技术的迅速发展,太赫兹正因其优越的特性而受到越来越广泛的关注。在电磁光谱中,太赫兹位于微波段和红外波段之间,作为宏观电子学向微观光子学过渡的频段,其光子能量低、穿透力高、分辨率高的特点也使其在环境遥感、高速通讯、公共安全、生物医学以及航天等方面具有巨大的应用前景。在太赫兹的应用中,太赫兹波前调控也起着重要作用。但是,由于目前自然界存在的天然材料与太赫兹波的相互作用比较弱,并且传统的太赫兹器件有较大的体积并且效率较低,在应用中受到了很多限制。电磁超材料的出现弥补了天然材料的一些不足,然而在微纳米尺度下,超材料具有高损耗和三维制造困难等缺点,使得超材料难以应用。随后,一种亚波长厚度的二维平面超材料——超表面的出现为调控电磁波提供了新的方式。二维超表面与三维超材料相比具有体积小、易制造、损耗低,所以,超表面在很多应用领域下可以代替大体积的三维超材料结构,具有更大的发展空间。围绕超表面对太赫兹波的波前调控进行研究,本论文主要内容安排如下:(1)介绍了太赫兹、超表面的研究背景和研究意义。最后综述了近年来的超表面文献,以及讨论本文的结构安排。(2)介绍了斯涅尔原理,超表面相位调控原理:传输相位调控和几何相位调控以及本文在科学研究中用到的仿真方法,时域有限差分法,及基于该方法的软件CST微波工作室和FDTD Solutions。(3)基于传输相位理论,设计了一种具有光涡旋聚焦特性的硅棒超表面,该超表面对正交线偏振太赫兹波具有双功能特性。硅棒超表面通过调整棒材的横向尺寸来实现全相位调制,而无需考虑几何相位的各向异性取向要求,因此无需进行偏振转换,具有很高的效率。并且全介质超表面可以实现复杂光场的全矢量操纵,而无需面对金属等离激元的损耗问题。(4)基于几何相位理论,设计了一种反射型宽带超表面,其单元结构能够在较宽波段实现偏振转换,通过对单元结构的排布能够实现偏振转换,一维聚焦,二维聚焦,实现异常折射以及产生涡旋。(5)对全文进行总结与展望。

关键词：太赫兹超表面传输相位几何相位

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基于梯形单元结构的超表面器件研究

基于梯形单元结构的超表面器件研究

作者：刘慧敏郑州大学

学位级别：硕士

超表面是超材料的二维对应,是由尺寸小于入射波长的单元结构按照一定的规律排列而成的二维阵列结构。通过对单元结构形状、尺寸、方位角的设计,超表面可以实现对电磁波的偏振、振幅、位相等参数的灵活调控。因此,超表面在平面透镜、全... 详细信息

超表面是超材料的二维对应,是由尺寸小于入射波长的单元结构按照一定的规律排列而成的二维阵列结构。通过对单元结构形状、尺寸、方位角的设计,超表面可以实现对电磁波的偏振、振幅、位相等参数的灵活调控。因此,超表面在平面透镜、全息、光束整形、偏振器件等应用领域具有巨大的应用潜力。本文的主要研究可以分为两部分,内容如下:1.基于传输相位理论,优化梯形单元结构参数,设计超表面偏转器和透镜。利用提出的梯形结构天线,基于传输相位理论,通过变化单元结构的几何参数对相位进行了调控。在640nm波长的线偏振光入射下,实现了光束的偏转,并且设计了基于梯形结构的透镜。另外,通过改变单元结构的晶格周期,研究了不同晶格周期对透镜聚焦性能的影响,最高的聚焦效率可以达到47%。2.基于几何相位理论,选择单元结构的旋转角度,设计超表面偏转器和透镜。利用提出的梯形结构天线,基于几何相位理论,优化单元结构的参数,在单元结构透射率最高时进行旋转,可以实现在波长为640nm入射的左旋圆偏振光入射下进行相位的调控,设计了光束偏转器和透镜。研究了以不同数量和不同晶格周期的结构单元设计的光束偏转器,理论计算值与仿真模拟值基本一致,同时,根据圆偏振光偏转的方向不同,还可以利用该偏转器判断入射的圆偏振光类型,另外也研究了不同焦距的透镜聚焦。

关键词：超表面超透镜光束偏转几何相位传输相位

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超表面微光学透镜的研究

超表面微光学透镜的研究

作者：王硕铭电子科技大学

学位级别：硕士

随着光学成像系统日益不断小型化、集成化的发展，传统的光学透镜逐渐难以满足需求。由于材料学的不断兴起，超表面作为一种拥有改变波前相位分布超材料，可以通过人为设计控制引入额外的相位差，使其具有在亚波长范围内实现对光的微观... 详细信息

随着光学成像系统日益不断小型化、集成化的发展，传统的光学透镜逐渐难以满足需求。由于材料学的不断兴起，超表面作为一种拥有改变波前相位分布超材料，可以通过人为设计控制引入额外的相位差，使其具有在亚波长范围内实现对光的微观调控的能力，为科研工作者提供了一个新的光场调控手段。超表面作为一种二维超材料，除了具有体积小、重量轻易于集成的特点外，其加工方式与金属氧化物半导体的微纳加工工艺相互兼容，容易实现规模量产，具有得天独厚的生产加工优势。相比于传统透镜受限于特殊曲面的加工复杂，超表面透镜的设计更为自由，体现超构表面更高自由度的波前调控能力。本论文的主要内容包括：　　使用严格耦合波求解器对超表面基本单元进行参数化扫描：获得了在二氧化硅基底上阵列二氧化钛结构的基于传输相位以及几何相位的超表面基本单元，实现了相位从0到2π的调制，同时确保器件有较高的透射率。通过利用几何相位和传输相位的相位补偿消色差，通过旋转纳米砖结构引入几何相位，确定消色差波段的上限λmax的相位，针对从λmin到λmax中间波段的光，在步长0.002μm的情况下对几何相位的纳米砖的长宽进行扫描，确立补偿相位的单元数据库，通过匹配索引得到超构透镜每个位置处的结构尺寸。最终实现了对光从500nm到700nm消色差处理，设计了一款焦距为15μm、直径9μm、数值孔径大小为0.41的消色差透镜，其中焦点的焦距变化率为12.55%，且不同波段下的聚焦效率均在30%以上。　　利用几何相位对左和右旋旋圆偏振光有不同相位调制的原理，利用超表面全息的方法以及空分复用的方法分别在超表面上同时引入凸透镜和凹透镜两种相位，从而实现在横向上在焦平面内实现双焦点和纵向上在光轴上实现双焦点。通过改变入射光的椭偏度，可以实现两焦点光强度可调的功能。其中横向双焦点透镜焦平面距离透镜10μm，两焦点在x方向上间距6μm，左右焦点的最大聚焦效率分别可达25.41%和25.42%，;纵向双焦点透镜两焦点焦距分别为10μm和15μm，聚焦效率分别可达16.96%和19.09%，两个双焦点透镜直径大小均为18.3μm。　　基于空分复用的思想设计了一款焦矩变化的立方相位阿尔瓦雷斯双焦点变焦透镜。设计该双焦点透镜中其中一个焦点固定为20μm，另一个焦点可以通过在x方向上进行横向位移实现调焦。其中固定焦点的数值孔径大小0.4734，可变焦点的数值孔径大小可在0.2616和0.6308之间变化。未来可能在光学层析成像成像、光学数据存储、光学传感和光通信方面展现潜力。

关键词：超表面微光学透镜严格耦合波分析有限时域差分传输相位几何相位