南京邮电大学章海锋课题组ADP：基于石墨烯的精确或宽带极化转换调制的透射式可调谐超构体

摘要：南京邮电大学章海锋课题组基于法布里-珀罗腔谐振原理和光栅对特定电磁波的选择透过性，提出了一种用于电磁波极化转换的透射式石墨烯超构体。通过改变石墨烯的费米能级，该超构体的有效共振范围可以实现精确到超宽带的动态调整。

关键词：Annalen der Physik, 石墨烯，法布里-珀罗腔谐振，极化转换超构体，南京邮电大学

图1. 所述可调谐超构体的模拟设计图

图2. 可观察到光栅选择透过性的电场能量分布图

在处理日益复杂的电磁环境和通信要求方面，对于电磁波的操控尤为重要。为了更好的控制电磁波，易受外部环境约束的具有固定工作波段的设备，其缺点变得愈加明显，传统的极化转换器已不再适合实际应用。然而，可调谐电磁装置由于其固有的灵活性可以满足这一挑战。因此，可重构的设备（如多频带的动态调节和兼容性）将是适应发展需求的必然趋势。

结合研究现状和电磁场基本理论，南京邮电大学章海锋课题组提出了一种基于石墨烯的频带可调谐超构体，用于精确或超宽带极化转换调制。石墨烯是一种二维薄膜结构，由单层碳原子结合在蜂窝晶格中形成。此外，由于其费米能级可通过偏置电压灵活调节，石墨烯在设计多功能可调谐超构体方面表现出卓越的能力。对于给定的超构体，在费米能级为0.1eV时，可以在0.47 THz下获得精确而有效的电磁波调制，极化转换率为98.75%。而当费米能级调节至1.0eV时，在0.348~0.714 THz范围内极化转换率将超过90%，即实现了超宽带极化调制的目标。该设计在动态范围内保证高效极化转换率的同时仍保持着低损耗。光栅的选择透过性以及法布里-珀罗腔共振在该超构体中具有相应的原理性和现象性体现。此外，透射式极化转换超构体更有利于利用和传输电磁波。研究结果克服了单一工作频段的缺点，并在庞大且复杂的通信系统中提供了宝贵的灵活性和可操作性，为波前检测以及天线罩的设计提供参考。相关论文在线发表在Annalen der Physik上。

论文信息：

Tunable transmissive metastructure for precise or broadband polarization conversion modulation based on graphene

Yu-Peng Li, Ke Xia, Lei Zhang, and Hai-Feng Zhang*

Annalen der Physik

DOI：10.1002/andp.202200491