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光学学报 2021年第22期41卷 115-122页

作者：廖莎莎包航张甜甜黄琮冯玉婷刘继伟重庆邮电大学通信与信息工程学院移动通信教育部工程研究中心移动通信技术重庆市重点实验室重庆400065 东南大学毫米波国家重点实验室江苏南京211189 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海200240

在集成光学回路中,相较于对称的洛伦兹线型,非对称的fano谐振线型能实现光传输强度的急剧改变,从而有效提升光开关、调制器和传感器的灵敏度。提出了一种基于光栅辅助微环结构的fano谐振器。该谐振器采用绝缘体上硅材料,通过在跑道微环... 详细信息

在集成光学回路中,相较于对称的洛伦兹线型,非对称的fano谐振线型能实现光传输强度的急剧改变,从而有效提升光开关、调制器和传感器的灵敏度。提出了一种基于光栅辅助微环结构的fano谐振器。该谐振器采用绝缘体上硅材料,通过在跑道微环内加入两组波导光栅结构实现fano谐振。基于传输矩阵理论,推导了该谐振器的传输谱线,并分析了器件中不同结构参数对fano谱线谐振峰位置、凹陷深度和斜率的影响,实现了最高斜率为-299.67 dB/nm、凹陷深度为9 dB、损耗为6.4 dB的fano谐振谱线。该fano谐振器具有斜率高、尺寸小、制造简单等优势,能广泛应用于光开关、光传感和光探测等领域。

关键词：集成光学 fano谐振器集成光学器件微环谐振器光栅硅光子学

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超材料太赫兹波折射率传感器设计

超材料太赫兹波折射率传感器设计

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作者：李化月中国计量学院

学位级别：硕士

超材料是一种由亚波长的金属结构单元组成的人工电磁材料。相比自然材料，超材料最大的优势是可以通过调整器件结构实现预期的电磁特性。尤其是实现某些奇特的电磁现象，如超透棱镜、电磁隐身、负折射率等，因此引起了极大的关注。近... 详细信息

超材料是一种由亚波长的金属结构单元组成的人工电磁材料。相比自然材料，超材料最大的优势是可以通过调整器件结构实现预期的电磁特性。尤其是实现某些奇特的电磁现象，如超透棱镜、电磁隐身、负折射率等，因此引起了极大的关注。近年来，随着太赫兹(Terahertz，THz)辐射产生和探测技术的发展，THz技术取得了许多令人瞩目的成果。超材料作为功能器件被越来越多地应用于太赫兹领域，如吸波器、滤波器、调制器、传感器和偏振器。特别是THz超材料在非电离的生物化学传感应用方面有着很大潜力，不仅因为许多物质在THz波段存在指纹谱。而且，相比常规的太赫兹时域光谱(THz-TDS)测量法，基于太赫兹超材料的传感测量法具有简便和灵敏度更高的优点。因此，基于超材料的太赫兹传感器研究成为了THz技术研究的热点。本文设计并制备了两种超材料太赫兹传感器和一种双层线栅偏振器，并利用三维全波仿真软件CST Microwave studio和THz-TDS对超材料器件性能分别进行了数值模拟与实验测试，实验结果与仿真模拟基本一致。本文主要研究工作如下： (1)利用时域有限积分法对由闭合方环(SCL)和开口谐振环(SRR)组合构成的平面太赫兹谐振器实现的类电磁诱导透明(EIT)效应及其折射率传感特性进行了仿真分析。结果表明，该类EIT谐振峰对周围环境介质折射率变化具有很高的灵敏度，且其FOM值(Figure of merit)达到4.06，优于独立SCL或SRR结构传感器的0.09和2.48。利用激光诱导与化学镀铜技术在PI(聚酰亚胺)薄膜上加工了谐振器样品，并对其进行了透射性能测试，测试结果与仿真计算基本一致。 (2)设计了一种由对称的U形开口谐振环和金属棒组合构成的平面太赫兹波fano谐振器，利用CST软件对其由宽的明模式和窄的暗模式相互作用产生fano谐振的原理进行了分析。该高Q(Quality factor)的fano谐振器内部聚集了高强度的电磁能量，使其可能用作高灵敏度传感器。仿真结果表明，该fano谐振具有很高的折射率灵敏度和FOM值，可以作为折射率传感器应用于生物化学检测领域。 (3)太赫兹偏振器作为调控太赫兹波偏振状态的准光学器件，在太赫兹光谱、成像和传感系统中具有重要作用。我们利用简便的激光诱导与化学镀铜方法，在低损耗的PI基底两侧表面制备了太赫兹波段的双层线栅偏振器(bilayerwire-grid polarizer, BWGP)，用太赫兹时域光谱系统对偏振器样品进行了测试。测试结果表明，在0.2.5THz范围内，BWGP的TM波透过率高于67%，消光比高于33dB，平均消光比达到41dB。消光比远高于传统的单层线栅太赫兹偏振器。

关键词：太赫兹波超材料类EIT谐振器 fano谐振器折射率传感器双层线栅偏振器 CST

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