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    我國學者在近零指數器件及其基片集成方面取得重要進展

    日期 2019-09-26   來源:信息科學部   作者:邊超 李越 宋朝暉  【 】   【打印】   【關閉

    圖1 基片集成光學摻雜方法概念圖:(a)直線型結構;(b)平面彎折型結構

     

    圖2 基片集成光學摻雜方法的實驗驗證:(a)測試平臺;(b)測試傳輸振幅、傳輸相位和群時延

      在國家自然科學基金項目(批準號:61771280)等資助下,清華大學電子工程系李越副教授團隊與美國賓夕法尼亞大學電氣與系統工程系納德·恩赫塔(Nader Engheta)教授、西班牙納瓦雷公立大學的伊涅格·里博(Inigo Liberal)博士合作,提出并驗證了基片集成的光學摻雜方法,為新型近零指數器件提供了實現手段。研究成果以“Substrate-integrated Photonic Doping for Near-zero-index Devices”(用于近零指數器件的基片集成光學摻雜)為題,于2019年9月11日發表在期刊Nature Communications(《自然·通訊》)上。清華大學電子工程系博士生周子恒為文章的第一作者,李越副教授和納德·恩赫塔教授為本文通信作者。文章鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-12083-y。

      近零指數(near-zero-index)器件是一類等效電磁參數趨于零的新型功能器件,與傳統電磁器件相比,具有局域場增強、局部可調、可形變等特性。任意頻率的電磁波在近零指數器件中波長均趨于無窮,即器件的工作頻率與其物理尺寸無關。本文作者納德·恩赫塔和李越于2017年在Science上合作發表文章,首次提出了“光學摻雜方法”,將摻雜技術從微觀尺度移植于宏觀尺度,調控目標材料的磁導率,從而實現順磁、逆磁、理想磁體等多種模態控制。

      以新理論的工程應用為出發點,此論文提出了基片集成的光學摻雜方法,與典型集成電路工藝相結合,將光學摻雜對目標材料磁特性的調控應用于基片集成器件的電磁響應調控,實現了多種新型近零指數器件,例如借助光學摻雜的局域場增強效應實現高靈敏度生物傳感器,利用光學摻雜的局部可調特性的高效光聲調制器,可任意彎折形變且工作頻率不變的“電纖”(類比于光纖)。此外,李越團隊通過實驗驗證了基片集成光學摻雜的近零指數器件的電磁特性,觀測到零相移、高時延和器件形狀無關性等現象,與解析理論預測和全波仿真結果吻合。

      基片集成的光學摻雜方法豐富了非周期超材料和近零指數器件的理論體系,在微波/太赫茲技術、生物傳感、電子電路、材料科學等領域有重要的應用價值。




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