使用双接近零共振的电可调谐超表面

在Opto-Electronic Advances的新出版物中，新加坡科学技术与研究局 (A*STAR) 材料研究与工程研究所的滕京华教授领导的研究人员考虑通过电可调来实现超高消光比光调制超表面。

超表面是超材料的二维等效物，由离散的亚波长结构组成，具有完全控制光的能力属性，例如振幅、相位、色散、动量和极化。超表面用于各种应用，涵盖从微波、太赫兹、红外线、可见光到紫外线的电磁光谱。主动控制可见光和近红外光谱中的光传播在自动驾驶汽车、机器人、显示器、增强和虚拟现实、消费电子、电信和传感设备中具有实际和根本意义。要调整超表面，可以更改单位单元的属性或其环境。这可以通过在超表面中使用活性材料来实现，这些材料可以通过外部刺激改变其特性。

在这篇文章中，作者提出了一种新的电可调超表面，用于调制偏振光和非偏振光。在这里，氧化铟锡 (ITO) 在 epsilon-near-zero (ENZ) 波长下的有损特性用于设计电可调超表面吸收器。超表面晶胞由一个圆形谐振器构成，该谐振器包括两个 ITO 圆盘和一个高介电常数钙钛矿钡锶钛酸薄膜。ITO 盘的累积层和耗尽层中的 ENZ 波长是通过施加单个偏置电压来控制的。磁偶极共振与ITO薄膜累积层内的ENZ波长的耦合导致反射光的全吸收。在 820 nm 的工作波长和 -2.5 V 的偏置电压下，反射幅度可以达到 ~84 dB 或 ~99.99% 的调制深度。

在近红外光谱具有低功耗的高速高消光比光调制在许多光学系统和设备中具有潜在的应用，包括但不限于光信号处理、光谱、开关和光探测与测距 (LiDAR)。光斩波器和快门、铌酸锂调制器、液晶衰减器和光弹性调制器是用于调制光强度的市售设备。光斩波器和快门采用机械机构，速度慢，体积大，功耗大。铌酸锂调制器由电信号控制，调制速度最高可达40 GHz，但需要高电压。光弹性调制器针对不同的工作波长使用不同类型的块状晶体，需要高电压和额外的偏振器，这限制了它们的应用。液晶光束快门的开关速度非常低。拟议的电可调超表面利用在 epsilon 近零 (ENZ) 波长的氧化铟锡 (ITO) 的有损特性来调制反射光的强度，可以达到高达 ~84 dB 或 ~99.99% 的调制深度。 ±2.5 伏特的极低电压。超表面调制器对入射光的偏振不敏感，因此适用于不需要任何额外偏振器的紧凑设计。此外，电可调超颖表面具有双ITO膜设计是在千兆赫的换向率能够操作。

更多信息： Arash Nemati 等人，通过使用双 epsilon 近零共振的电可调超表面进行超高消光比光调制，Opto-Electronic Advances（2021 年）。 DOI：10.29026/oea.2021.200088