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[发明专利]一种相位可控的超薄亚太赫兹涡旋矢量光束生成器的设计方法-CN202010648859.9有效
发明人：程洁嵘;周慧贤;常胜江 -专利权人：南开大学
申请日： 2020-07-08 - 公布日： 2023-04-18 - 主分类号： G02F1/01 文献下载
摘要：本发明公开了一种相位可控的超薄亚太赫兹涡旋矢量光束生成器的设计方法，该器件由顶层金属微结构、介质层、底层金属栅构成，器件的设计方法包括：在横向上分为八个扇区；适当选取每个扇区内顶层金属微结构的单元形状尺寸和底层金属栅的栅取向，可提供随扇区变化的相位和偏振分布，其中底层金属栅主要控制偏振方向，顶层金属微结构主要控制透射相位，二者之间构成法伯腔，可提高偏振转化的效率和透射相位的变化范围，实现任意拓扑电荷数的涡旋矢量光束的产生。本发明提供的设计方法直观简单，器件结构紧凑，可直接将线偏振太赫兹源转化成高质量特殊结构光辐射，在太赫兹成像系统中有重要应用前景。
一种相位可控超薄亚太赫兹涡旋矢量光束生成器设计方法

[发明专利]一种可调太赫兹磁光手性超表面偏折器-CN202211277984.9在审
发明人：王淏;范飞;常胜江 -专利权人：南开大学
申请日： 2022-10-19 - 公布日： 2023-03-31 - 主分类号： G02F1/29 文献下载
摘要：本发明公开了一种可调太赫兹磁光超表面偏折器，该器件由超晶胞排列出的周期单元构成，每个超晶胞包括一个InSb基底和一对正交取向的Si柱和InSb柱。无磁场时，该器件利用相消干涉抑制了相位调控功能，实现了光束的直接透过，此时超晶胞极化转换率低于15％，光束透过率高于‑5dB。之后，利用磁光材料的可调性和磁光效应，超晶胞实现了基于磁场主动调控的手性相位调制功能，其极化转换圆二色性超过98％。基于此，器件实现了对手性光的选择性偏折，在工作频段内，偏折角度的范围为15.9°～23.4°。该器件所具有的可调手性偏折功能，使其在太赫兹光谱、通信、扫描成像等系统中展现出了巨大的应用潜力。
一种可调赫兹手性表面偏折器

[发明专利]一种基于非局域衍射调控的高数值孔径超透镜的设计方法-CN202110684031.3有效
发明人：程洁嵘;董希谱;常胜江 -专利权人：南开大学
申请日： 2021-06-21 - 公布日： 2022-11-22 - 主分类号： G02B27/00 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于非局域衍射调控的高数值孔径超透镜的设计方法。采用将透镜所需相位分段并进行逐段非局域衍射调控的设计方法，可以大大提升高数值孔径超透镜的聚焦效率，使超透镜的构成材料不再局限于金属和高折射率介质，而是拓宽至任意透明介质。将透镜的相位分布曲线折叠并进行分段，对每一段作周期延拓之后傅里叶变换，从而得到每个衍射级的衍射效率和相位。通过反向优化的方法设计每一段相位曲线对应的一维偏振无关光栅，并将其逐段组合，构成柱状聚焦的超透镜。最后将柱状超透镜绕中心旋转，从而得到圆环状的二维聚焦超透镜。在波长2.14mm的太赫兹波处，采用可3D打印的聚乳酸设计出了数值孔径为0.94的偏振无关高数值孔径超透镜，聚焦效率达到了37.5％。
一种基于局域衍射调控数值孔径透镜设计方法

[发明专利]面向液态手性样品的太赫兹微结构偏振传感系统及其检测方法-CN202011151828.9有效
发明人：张子扬;范飞;常胜江 -专利权人：南开大学
申请日： 2020-10-26 - 公布日： 2022-11-15 - 主分类号： G01N21/21 文献下载
摘要：本发明公开了一种面向液态手性样品的太赫兹微结构偏振传感系统及其检测方法。采用反射式系统实现了对液态样品的传感检测，显著提高了信号强度和系统信噪比。在反射系统前后分别放置偏振片，通过旋转偏振片方向可以探测得到出射波信号的完整偏振态，构成反射式时域偏振光谱(RTDPS)系统，在提高探测灵敏度的同时，实现了对样品的偏振态和手性信息检测。利用单层螺旋型微结构作为传感器，在电磁波斜入射条件下，微结构的局域共振和人工手性响应可以极大地增强天然手性样品的光学响应。以氨基酸样品为例，系统的浓度检测精度在10‑5g/mL量级，并且通过偏振谱在特征频率位置处的显著差异，可以鉴别氨基酸的D型和L型手性对映体。
面向液态手性样品赫兹微结构偏振传感系统及其检测方法

[发明专利]太赫兹手性超表面偏振传感器及其传感方法-CN201911117660.7有效
发明人：张子扬;范飞;常胜江 -专利权人：南开大学
申请日： 2019-11-18 - 公布日： 2022-07-12 - 主分类号： G01N21/3586 文献下载
摘要：本发明公开了一种非对称、高灵敏度的透射式太赫兹手性超表面偏振传感器以及其具体传感方法。将手性双螺旋方型金属超表面(2)周期性地贴附于石英玻璃基底(1)的前表面，当电场沿水平方向振动的线偏振太赫兹波沿传感器表面法线方向垂直入射，太赫兹波与手性双螺旋方型金属超表面(2)相互作用，形成强烈谐振。由于该金属结构相对于入射波偏振方向不对称，具有手性，出射波的偏振态会发生变化，通过旋光光谱和椭偏光谱对偏振信息进行表征。在传感器表面添加待测样品，当各向同性待测样品的折射率改变时，谐振谷会发生不低于30GHz/RIU的频移；当待测样品为手性旋光材料时，传感检测的最大旋光度超过80°/μm，相比未使用该超表面偏振传感器，旋光角放大700倍以上；传感检测的最大椭偏度大于35°/μm，相比未使用超表面传感器，椭偏角放大10000倍以上。
赫兹手性表面偏振传感器及其传感方法

[发明专利]一种3D打印的透射式大角度偏折双层均匀光栅-CN201911352363.0有效
发明人：程洁嵘;董希谱;常胜江 -专利权人：南开大学
申请日： 2019-12-25 - 公布日： 2022-07-05 - 主分类号： G02B5/18 文献下载
摘要：本发明涉及一种3D打印的实现高效率透射式大角度偏折的双层均匀光栅，属于新型人工电磁材料和太赫兹科学技术领域。本发明的结构包括三层，下层为均匀介质光栅（1），中间为介质间隔层（2），上层为与下层同周期但不同占空比的均匀介质光栅（3）。每个周期内上下层均仅包含一个栅条结构，且上下栅条的一侧保持平齐，构成不对称的双层光栅。通过适当选取光栅的周期及内部栅条尺寸，可将垂直入射的亚太赫兹波高效率地透射并偏折到接近光栅表面的大角度方向。本发明易设计、易加工，可利用3D打印技术快速成型，成本低，为极端亚太赫兹功能器件的发展提供了新方案。
一种打印透射角度双层均匀光栅

[发明专利]一种基于光泵浦石墨烯-介质复合超表面的太赫兹放大器-CN202010654618.5在审
发明人：程洁嵘;关胜男;陈铁红;常胜江 -专利权人：南开大学
申请日： 2020-07-10 - 公布日： 2022-01-11 - 主分类号： G02F1/39 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于光泵浦石墨烯‑介质复合超表面的太赫兹放大器，该放大器包括四层结构，底层为金属基底(1)，中间层为低折射率介质(2)，上层为嵌入低折射率介质(2)中的高折射率介质谐振单元阵列(3)，上表面紧贴着一层石墨烯(4)，通过高功率红外激光泵浦，可控制石墨烯的动态电导率为负值，利用高折射率介质谐振单元的高Q谐振增强石墨烯与太赫兹波的相互作用，在谐振频率附近实现显著的太赫兹波相干放大。本发明结构简单紧凑，可为太赫兹系统提供高效、高集成度的放大器件。
一种基于光泵浦石墨介质复合表面赫兹放大器

[发明专利]面向活细胞检测的太赫兹微结构圆二色性传感系统-CN202110242369.3在审
发明人：张子扬;范飞;常胜江 -专利权人：南开大学
申请日： 2021-03-05 - 公布日： 2021-05-14 - 主分类号： G01N21/01 文献下载
摘要：本发明公开了一种面向液态环境下活细胞的THz微结构圆二色性传感系统。反射式结构可以有效减弱水对THz波的吸收损耗，达到提高系统信噪比的目的；在入射端添加THz波片，使入射波在0.8THz频率附近变为圆偏振光，通过产生高Q值的THz手性光谱来进行手性传感检测；在反射系统后添加THz偏振片，通过旋转偏振片探测得到出射波的完整偏振态信息，得到圆二色性谱；此外，采用硅介质光栅作为传感器，其产生的强局域共振可以增强THz波和样品的相互作用，介质栅微结构还有增加与被测物接触面积，形成微流体通道的作用，增强了样品的光学响应，提高了传感灵敏度。实验结果显示：对于谐振强度变化和频率移动的传感灵敏度分别可达到3.4dB·mL/106cells和5.2GHz·mL/106cells量级。
面向细胞检测赫兹微结构圆二色性传感系统

[实用新型]太赫兹可调磁光波长选择开关-CN202020792423.2有效
发明人：李珊珊;常胜江;范飞;白晋军 -专利权人：南开大学
申请日： 2020-05-14 - 公布日： 2021-05-14 - 主分类号： G02B6/293 文献下载
摘要：本实用新型提供了一种基于磁流体填充的、太赫兹可调磁光波长选择开关。器件基本结构由两根互相靠近、纤芯具有不同微结构的多孔光纤1和2组成。光纤1是基于等差分层微结构、多孔度15.93％的高双折射多孔光纤，纤芯微结构基本单元为椭圆，椭圆尺寸从内层到外层逐渐增大；光纤2是多孔度44.81％的多孔光纤，纤芯微结构由三角晶格排列、大小一致的圆形空气孔组成。在光纤2内层空气孔填充磁流体，通过调节外磁场来改变磁流体的折射率，从而改变两光纤的模式匹配点，实现下行波长的动态可调。在0.8THz‑1.2THz，本实用新型所述磁光波长选择开关，能够实现单波下行连续可调选择。耦合长度小于16cm，吸收损耗小于0.02dB。
赫兹可调波长选择开关

[发明专利]一种3D打印的低折射率大角度偏折稀疏光栅-CN201910939048.1在审
发明人：程洁嵘;董希谱;穆倩怡;常胜江 -专利权人：南开大学
申请日： 2019-09-30 - 公布日： 2021-03-30 - 主分类号： G02B5/18 文献下载
摘要：本发明涉及一种3D打印的低折射率大角度偏折稀疏光栅，属于新型人工电磁材料和太赫兹科学技术领域。本发明的结构包括三层，最下层为金属基底（1），中间为低折射率介质层（2），最上层为同种低折射率介质构成的周期性稀疏光栅（3）。低折射率介质在亚太赫兹波段折射率约为1.5且损耗小。通过适当选取稀疏光栅的周期及内部栅脊尺寸，可将垂直入射的亚太赫兹波高效率地反射到接近光栅表面的大角度方向。本发明可利用3D打印技术快速加工成型，成本低，结构紧凑，为亚太赫兹功能器件的发展从材料体系、加工手段、设计机理方面提供了新方案。
一种打印折射率角度稀疏光栅

[发明专利]一种基于石墨烯-介质复合超表面的反射式宽频带偏振控制器-CN201911111543.X有效
发明人：关胜男;程洁嵘;陈铁红;常胜江 -专利权人：南开大学
申请日： 2019-11-14 - 公布日： 2021-03-09 - 主分类号： G02F1/01 文献下载
摘要：本发明涉及一种基于石墨烯‑介质复合超表面的反射式宽频带动态偏振控制器，属于新型人工电磁材料和太赫兹科学技术领域。该偏振控制器包括四层结构，最下层为金属基底（1），中间为低折射率介质（2），最上层为嵌入低折射率介质（2）中的高折射率介质超表面阵列（3），同时使超表面阵列的上表面裸露于空气中，在低折射率介质层与高折射率介质超表面之间为均匀单层石墨烯（4）。石墨烯层（4）与金属基底（1）间设有偏置电压控制装置（5），通过改变石墨烯的电导率，在一定频率范围内将线偏振光转化为正交线偏振光或圆偏振光。本发明集成了半波片和四分之一波片的双功能，且具有效率高、结构简单、易于集成等优点。
一种基于石墨介质复合表面反射宽频偏振控制器

[发明专利]一种基于多层石墨烯-介质复合超表面的反射式宽带可调偏振转换器-CN201910970961.8在审
发明人：关胜男;程洁嵘;陈铁红;常胜江 -专利权人：南开大学
申请日： 2019-10-14 - 公布日： 2021-01-01 - 主分类号： G02F1/01 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于多层石墨烯‑介质复合超表面的反射式宽带可调偏振转换器，属于新型人工电磁材料和太赫兹科学技术领域。该偏振转换器包括上层高折射率介质超表面阵列（1），中间石墨烯‑电极层（2），下层低折射率基底层（3）。5‑层石墨烯薄膜（4）和（6）分别置于均匀介质间隔薄层（5）两侧，上下石墨烯层之间设有可控偏置电压装置（7），共同构成中间层（2）。通过改变石墨烯层电导率，可同时移动正交偏振变换的多个离散频段，实现极宽的动态频率范围，此外，本发明的偏振转换器具有高偏振转换率，低偏置电压，且结构简单，操控性灵活。
一种基于多层石墨介质复合表面反射宽带可调偏振转换器

[实用新型]分层微结构多孔光纤太赫兹低损耗波导-CN202020030746.8有效
发明人：李珊珊;常胜江;范飞;张昊;宋丽培 -专利权人：南开大学
申请日： 2020-01-08 - 公布日： 2020-12-18 - 主分类号： G02B6/02 文献下载
摘要：本实用新型提供了一种基于等差分层微结构多孔光纤的太赫兹低损耗波导。基底材料采用环烯烃类聚合物TOPAS，光纤横截面由三角晶格排列、半径满足差分层条件的亚波长圆形空气孔阵列组成。研究表明，当工作频率大于1.15THz时，归一化吸收损耗低于多孔度相等的均匀微结构多孔光纤，同时基模在空气包层中的能量分数降低了近70％，从而能够有效降低外界环境的干扰。本实用新型所述光纤能够显著改善均匀微结构多孔光纤在高频模场劣化、传输带宽有限、易受环境干扰等方面的不足。对于太赫兹波段宽带、低损耗波导和功能器件的应用具有重要意义。
分层微结构多孔光纤赫兹损耗波导

[发明专利]太赫兹磁纳米液晶相移器及其制备方法-CN201811248512.4有效
发明人：冀允允;范飞;常胜江 -专利权人：南开大学
申请日： 2018-10-25 - 公布日： 2020-11-03 - 主分类号： G02F1/13 文献下载
摘要：本发明公开了一种太赫兹磁纳米液晶相移器及其制备方法。本发明所述器件是通过将Fe3O4磁纳米颗粒分散液磁流体在常温下分散到液晶5CB溶剂中形成铁磁液晶，其中Fe3O4磁纳米颗粒分散液磁流体和液晶5CB溶剂的浓度比为0.05wt％，并将该铁磁液晶用紫外胶封装进间隔为1mm的无取向的液晶盒中。该器件利用Fe3O4磁纳米颗粒在外磁场作用下形成的磁链与液晶之间的磁相互作用，实现在厚液晶盒中对随机排布的液晶分子的初始锚定取向，仅通过改变磁场大小就可将液晶分子的光轴实现90°的偏转控制。相比于传统的磁控液晶相移器件，该器件无需改变磁场方向且无需对液晶分子进行预取向，大大提高了器件的实用性和稳定性。因此，该器件可用于太赫兹相位和偏振控制等器件中。
赫兹纳米液晶相移及其制备方法

[发明专利]一种基于双异复合结构层的宽带可调谐太赫兹吸收体-CN201810520519.0有效
发明人：白晋军;张曙升;葛梅兰;秦坤;李雄伟;常胜江;王克诚 -专利权人：天津工业大学
申请日： 2018-05-25 - 公布日： 2020-10-30 - 主分类号： H01Q17/00 文献下载
摘要：本发明公开了一种基于双异复合结构层的宽带可调谐太赫兹吸收体。所述的太赫兹吸收体单元横截面为正方形，自下而上依次由基底层，金属薄膜层，介质层I，复合结构层I，介质层II和复合结构层II组成。所述的复合结构层I是由嵌入4个不同尺寸方形金属薄膜结构的介质层组成，复合结构层II是由4个不同尺寸的圆环相变介质结构组成。本发明利用多个谐振结构的横向和纵向叠加，实现了太赫兹吸收体的宽带吸收，通过温度、光照等外部激励改变复合结构层II中相变材料电导率，完成对吸收带宽的调制，进而实现太赫兹吸收体的可调谐特性。
一种基于复合结构宽带调谐赫兹吸收体

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