Bộ chuyển đổi phân cực phản xạ có thể điều chỉnh dựa trên biến hình vật liệu lai

Springer Science and Business Media LLC - Tập 49 - Trang 1-11 - 2017
Zhongyin Xiao1, Huanling Zou1, Xiaoxia Zheng1, Xinyan Ling1, Lei Wang1
1Key Laboratory of Specialty Fiber Optics and Optical Access Networks, Joint International Research Laboratory of Specialty Fiber Optics and Advanced Communication ,Shanghai Institute for Advanced Communication and Data Science, Shanghai University, Shanghai, China

Tóm tắt

Một bộ chuyển đổi vật liệu lai dựa trên một lớp lai, một lớp phim vàng (Au) và một nền dielectrics được đề xuất để thực hiện chuyển đổi phân cực tuyến tính và phân cực tròn trong băng tần terahertz (THz). Lớp lai được cấu thành từ một mặt phẳng oxit vanadi (VO2) và các cộng hưởng hình I. Tỷ lệ chuyển đổi phân cực (PCR) trên 90% được đạt được trong một dải băng rộng từ 2.10 đến 5.03 THz dưới cả sóng phân cực tuyến tính và phân cực tròn. Hơn nữa, PCR đạt gần một tại tần số cộng hưởng. Đồng thời, bộ chuyển đổi metamaterial nhạy cảm với các góc tới. Hơn nữa, một đặc điểm điều chế có thể được thực hiện thông qua bộ chuyển đổi phân cực được đề xuất. Ngoài ra, cơ chế vật lý của việc chuyển đổi phân cực được phân tích thông qua các phân bố dòng điện bề mặt. Những đặc điểm này mở ra một con đường mới cho bộ chuyển đổi phân cực băng rộng và có thể áp dụng trong lĩnh vực cảm biến, truyền thông THz và các bộ phân cực có thể điều chỉnh.

Từ khóa

#chuyển đổi phân cực #vật liệu lai #terahertz #oxy vanadi #phim vàng

Tài liệu tham khảo

Chen, H., Wang, J., Ma, H., Qu, S., Xu, Z., Zhang, A., Yan, M., Li, Y.: Ultra-wideband polarization conversion metasurfaces based on multiple plasmon resonances. J. Appl. Phys. 115(15), 154504 (2014) Dai, W., Yu, J., Wang, Y., Song, Y., Alam, F.E., Nishimura, K., Lin, C.T., Jiang, N.: Enhanced thermal conductivity for polyimide composites with a three-dimensional silicon carbide nanowire@ graphene sheets filler. J. Mater. Chem. A 3(9), 4884–4891 (2015) Ding, J., Arigong, B., Ren, H., Zhou, M., Shao, J., Lin, Y., Zhang, H.: Efficient multiband and broadband cross polarization converters based on slotted L-shaped nanoantennas. Opt. Express 22(23), 29143–29151 (2014) Dyachenko, P.N., Molesky, S., Petrov, A.Y., Störmer, M., Krekeler, T., Lang, S., Ritter, M., Jacob, Z., Eich, M.: Controlling thermal emission with refractory epsilon-near-zero metamaterials via topological transitions. Nat. Commun. 7, 11809 (2016) Gao, X., Han, X., Cao, W.P., Li, H.O., Ma, H.F., Cui, T.J.: Ultrawideband and high-efficiency linear polarization converter based on double V-shaped metasurface. IEEE Trans. Antennas Propag. 63(8), 3522–3530 (2015) Grady, N.K., Heyes, J.E., Chowdhury, D.R., Zeng, Y., Reiten, M.T., Azad, A.K., Taylor, A.J., Dalvit, D.A.R., Chen, H.T.: Terahertz metamaterials for linear polarization conversion and anomalous refraction. Science 340, 1235399 (2013) Han, J., Lakhtakia, A., Qiu, C.W.: Terahertz metamaterials with semiconductor split-ring resonators for magnetostatic tunability. Opt. Express 16(19), 14390–14396 (2008) Jepsen, P.U., Fischer, B.M., Thoman, A., Helm, H., Suh, J.Y., Lopez, R., Haglund Jr., R.F.: Metal-insulator phase transition in a VO2 thin film observed with terahertz spectroscopy. Phys. Rev. B 74(20), 205103 (2006) Landy, N.I., Sajuyigbe, S., Mock, J.J., Smith, D.R., Padilla, W.J.: Perfect metamaterial absorber. Phys. Rev. Lett. 100(20), 207402 (2008) Lee, H., Oh, J.H., Seung, H.M., Cho, S.H., Kim, Y.Y.: Extreme stiffness hyperbolic elastic metamaterial for total transmission subwavelength imaging. Sci. Rep. 6, 24026 (2016) Linden, S., Enkrich, C., Wegener, M., Zhou, J., Koschny, T., Soukoulis, C.M.: Magnetic response of metamaterials at 100 Terahertz. Science 306(5700), 1351 (2004) Liu, N., Giessen, H.: Coupling effects in optical metamaterials. Angew. Chem. Int. Ed. 49(51), 9838–9852 (2010) Liu, M., Hwang, H.Y., Tao, H., Strikwerda, A.C., Fan, K., Keiser, G.R., Wolf, S.A.: Terahertz-field-induced insulator-to-metal transition in vanadium dioxide metamaterial. Nature 487(7407), 345–348 (2012) Lu, M., Li, W., Brown, E.R.: Second-order bandpass terahertz filter achieved by multilayer complementary metamaterial structures. Opt. Lett. 36(7), 1071–1073 (2011) Lv, T.T., Li, Y.X., Ma, H.F., Zhu, Z., Li, Z.P., Guan, C.Y., Shi, J.H., Zhang, H., Cui, T.J.: Hybrid metamaterial switching for manipulating chirality based on VO2 phase transition. Sci. Rep. 6, 23186 (2016) Mkhitaryan, V.K., Ghosh, D.S., Rudé, M., Canet-Ferrer, J., Maniyara, R.A., Gopalan, K.K., Pruneri, V.: Tunable complete optical absorption in multilayer structures including Ge2Sb2Te5 without lithographic patterns. Adv. Opt. Mater. 5(1), 1600452 (2017) Narayana, S., Savo, S., Sato, Y.: Transient heat flux shielding using thermal metamaterials. Appl. Phys. Lett. 102(20), 201904 (2013) Shin, J.H., Park, K.H., Ryu, H.C.: Electrically controllable terahertz square-loop metamaterial based on VO2 thin film. Nanotechnology 27(19), 195202 (2016) Tang, J., Xiao, Z., Xu, K., Ma, X., Liu, D., Wang, Z.: Cross polarization conversion based on a new chiral spiral slot structure in THz region. Opt. Quantum Electron. 48(2), 1–11 (2016) Wang, B.X., Zhai, X., Wang, G.Z., Huang, W.Q., Wang, L.L.: A novel dual-band terahertz metamaterial absorber for a sensor application. J. Appl. Phys. 117(1), 014504 (2015) Wen, X., Zheng, J.: Broadband THz reflective polarization rotator by multiple plasmon resonances. Opt. Express 22(23), 28292–28300 (2014) Wen, Q.Y., Zhang, H.W., Yang, Q.H., Xie, Y.S., Chen, K., Liu, Y.L.: Terahertz metamaterials with VO2 cut-wires for thermal tunability. Appl. Phys. Lett. 97(2), 021111 (2010) Wen, Q.Y., Zhang, H.W., Yang, Q.H., Chen, Z., Long, Y., Jing, Y.L., Lin, Y.M., Zhang, P.X.: A tunable hybrid metamaterial absorber based on vanadium oxide films. J. Phys. D Appl. Phys. 45(23), 235106 (2012) Xia, R., Jing, X., Zhu, H., Wang, W., Tian, Y., Hong, Z.: Broadband linear polarization conversion based on the coupling of bilayer metamaterials in the terahertz region. Opt. Commun. 383, 310–315 (2017) Yu, X., Gao, X., Qiao, W., Wen, L., Yang, W.: Broadband tunable polarization converter realized by graphene-based metamaterial. IEEE Photonics Technol. Lett. 28(21), 2399–2402 (2016) Zhang, L., Zhou, P., Chen, H., Lu, H., Xie, J., Deng, L.: Broadband and wide-angle reflective polarization converter based on metasurface at microwave frequencies. Appl. Phys. B 120(4), 617–622 (2015) Zhang, L., Zhou, P., Lu, H., Zhang, L., Xie, J., Deng, L.: Realization of broadband reflective polarization converter using asymmetric cross-shaped resonator. Opt. Mater. Express 6(4), 1393–1404 (2016a) Zhang, J., Wang, G., Zhang, B., He, T., He, Y., Shen, J.: Photo-excited broadband tunable terahertz metamaterial absorber. Opt. Mater. 54, 32–36 (2016b) Zhao, J., Cheng, Y.: A high-efficiency and broadband reflective 90° linear polarization rotator based on anisotropic metamaterial. Appl. Phys. B 122(10), 255 (2016) Zhao, J.C., Cheng, Y.Z.: Ultra-broadband and high-efficiency reflective linear polarization convertor based on planar anisotropic metamaterial in microwave region. Opt. Int. J. Light Electron Opt. 136, 52–57 (2017) Zhao, Y., Lee, H.J., Zhu, Y., Nazari, M., Chen, C., Wang, H., Bernussi, A., Holtz, M., Fan, Z.: Structural, electrical, and terahertz transmission properties of VO2 thin films grown on c-, r-, and m-plane sapphire substrates. J. Appl. Phys. 111(5), 053533 (2012) Zhao, X., Yuan, C., Zhu, L., Yao, J.: Graphene-based tunable terahertz plasmon-induced transparency metamaterial. Nanoscale 8(33), 15273–15280 (2016) Zhu, Y., Vegesna, S., Zhao, Y., Kuryatkov, V., Holtz, M., Fan, Z., Saed, M., Bernussi, A.A.: Tunable dual-band terahertz metamaterial bandpass filters. Opt. Lett. 38(14), 2382–2384 (2013)