核心概念
本研究提出了一種單閘電光光束切換超表面,能夠在中紅外波段實現高指向性、均勻效率和大角度光束切換。這種設計利用單一全局閘極調制石墨烯的費米能級,從而改變光的衍射效率,實現光束在0階和-1階衍射之間的切換。通過準正常模式分析,我們發現這種切換機制是由於共振模式與非共振背景響應的干涉所致。這種單閘設計大大簡化了驅動電路,為實現可靠的動態光束控制技術提供了一個重要的步驟。
摘要
本研究提出了一種單閘電光光束切換超表面,能夠在中紅外波段實現高性能的光束切換。
- 設備結構與製造
- 超表面由金屬光柵和單層石墨烯組成,金屬光柵位於石墨烯上方,並與金屬背反射層形成金屬-介質-石墨烯電容結構。
- 通過在石墨烯上施加單一全局閘極偏壓,可以調節石墨烯的費米能級,從而改變光的衍射效率,實現光束在0階和-1階衍射之間的切換。
- 該超表面採用遺傳算法進行結構優化,以獲得高指向性、均勻效率和大角度光束切換性能。
- 實驗結果
- 實驗測量顯示,在閘極偏壓VG = 10 V時,光束主要衍射到-1階,效率為0.078,指向性為0.836;在VG = -80 V時,光束主要衍射到0階,效率為0.084,指向性為0.765。
- 這種單閘設計實現了57°的光束切換角度,遠大於傳統電光超表面。
- 機理分析
- 通過準正常模式分析,發現光束切換是由於共振模式與非共振背景響應的干涉所致。
- 在不同的閘極偏壓下,共振模式和背景響應的相對幅度和相位差異導致了光束在0階和-1階之間的切換。
- 進一步優化
- 在更寬鬆的製造限制下,理論上可以實現更高的效率和指向性,並實現三階光束切換。
- 這種單閘設計大大簡化了驅動電路,為實現可靠的動態光束控制技術提供了一個重要的步驟。
統計資料
"在閘極偏壓VG = 10 V時,光束主要衍射到-1階,效率為0.078,指向性為0.836。"
"在閘極偏壓VG = -80 V時,光束主要衍射到0階,效率為0.084,指向性為0.765。"
引述
"這種單閘設計大大簡化了驅動電路,為實現可靠的動態光束控制技術提供了一個重要的步驟。"