《三維手性超材料光學不對稱傳輸特性的研究》是依託華中科技大學，由趙茗擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：三維手性超材料光學不對稱傳輸特性的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：趙茗
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
具有不對稱傳輸（asymmetric transmission）特性的材料在光隔離器、環形器和偏振轉換器等方面有重要套用。自從研究人員在二維手性超材料中發現偏振相關的不對稱傳輸特性以來，因其相比傳統旋光晶體材料無需外加磁場且結構微小易集成的特點吸引了大量關注。但目前研究大都集中在微波段，且不對稱係數與頻寬較小，離實用尚有差距。本項目申請者前期研究發現，層狀及螺旋狀等三維手性結構可得到較大頻寬和較高不對稱係數。因此，項目提出對三維手性超材料開展進一步研究，包括：研究產生不對稱傳輸現象的電磁學原理，並通過數值算法模擬、分析三維手性超材料的光學不對稱傳輸特性；實驗上進行三維手性超材料的製備與光學特性測試研究，最終完成光頻下高不對稱係數、大工作頻寬三維手性超材料的樣片設計與製備。本項目的開展將會進一步挖掘三維手性超材料的特殊光學性能，並期望對最終實現在集成光器件上的套用起到推動作用。
結題摘要
超材料（Metamaterials）是近年出現的一種新型人工電磁材料。它主要通過在自然媒介中嵌入人工設計的幾何結構電磁單元來實現對各種物理量的調製，從而獲得新奇的電磁特性，如負折射率、理想成像、逆都卜勒效應、反常切連科夫輻射效應、非對稱傳輸、電磁誘導透明等。因此，超材料在很多領域具有巨大的潛在套用價值。本項目主要針對三維手性超材料、二維介質超材料的光學特性展開了深入研究，具體研究成果包括：1. 利用螺旋結構超材料設計出了一款高性能的光學隔離器，理論仿真發現該隔離器的工作頻寬在1個倍頻寬度，反向隔離度可達15dB；2.設計並製備出了一種雙手性螺旋結構，發現該結構超材料具有非常好的不對稱傳輸特性，工作頻寬在1個倍頻寬度，不對稱傳輸係數達到0.8；3.研究發現螺旋結構初始角度的變化可以影響輸出光的波前，相位變化與初始角之間成線性關係，這一發現為螺旋結構增添了新的光學特性，並為利用螺旋超材料進行波前的調控提供了理論保障；4.利用二維柱狀超材料設計出了偏振不敏感的隱身衣，這種隱身衣設計突破了傳統方案中只能針對一種偏振態的缺點，使隱身效果和範圍得到了提升；5.搭建並完善了飛秒雷射直寫系統，研究了不同材料微結構加工工藝參數與過程，完成了SU8光刻膠、IP-S光刻膠10層600納米線寬的加工實驗；6. 在進行二維超材料的研究中，我們發現Si材料具有獨特的相位調控優勢，它折射率高，對紅外光的吸收小，非常適合作為紅外相位調控器件的基礎材料，經過大量仿真，基於Si材料設計出了6種偏振分光平面透鏡，它們分別對x偏振光、y偏振光、45度偏振光、-45度偏振光、左旋圓偏振光、右旋圓偏振光有很好的匯聚作用，且聚焦效率可達60%，利用這6種結構我們設計並加工出了一個能對振幅、偏振、相位同時進行探測的超材料晶片，該晶片具有實時性好，集成化水平高，能實現全斯托克斯參量面陣探測等優點。項目實施4年來共發表相關SCI論文10篇，申請國家發明專利6項，圓滿完成了本項目的既定目標。
