东南大学崔铁军院士和张婧婧教授课题组与新加坡南洋理工大学罗宇教授LPR：基于参量放大的非磁性人工表面等离激元隔离器

原标题：东南大学崔铁军院士和张婧婧教授课题组与新加坡南洋理工大学罗宇教授LPR：基于参量放大的非磁性人工表面等离激元隔离器

创新点：东南大学毫米波国家重点实验室崔铁军院士和张婧婧教授课题组与新加坡南洋理工大学罗宇教授在超薄的等离子体超材料平台上利用参量放大的概念实现可重构的非磁性隔离器件，此隔离器件不仅可以打破传统基于非线性非互易器件引起的动态互易性也可以实现可重构的隔离。

关键词：人工表面等离激元，参量放大，非磁性隔离器，可重构

随着集成电路的快速发展，高速可靠的信息传输成为了片上通信的迫切需求。人工表面等离激元(SSPP)超材料概念的提出为集成电路芯片间的连接提供了强有力的保障。由于SSPP具有较强的场束缚能力，基于此的传输线不仅弥补了传统电气互连线传输带宽受限的缺点，也打破了由于阿贝衍射造成的光互连线不易高密度集成的限制。最初，为了促使微波频段甚至近红外波频段能够获得与光波频段类似的表面等离激元色散特性，2004年Pendry教授等研究者们提出在亚波长长方孔阵列的三维金属块结构中可以传输SSPP。之后，为了把SSPP场束缚和场增强的优点应用到集成电路中，2013年，崔铁军院士课题组提出了超薄可共形SSPP传输线。自此，一种新型的传输线被广泛研究。

与微波界广泛使用的传统微带线相比，超薄的SSPP传输线具有损耗低、尺寸小等显著优点。更重要的是，SSPP波导可以以高度密集的方式封装在电路中。基于这些优点，许多电路元件已经在SSPP平台上进行了制造和实验实现。然而，迄今为止，实现的大多数SSPP设备都是互易的。在集成电子电路中，非互易性是实现非对称信号传输和调制的重要条件，而非互易性微波元件，如隔离器、环行器和回转器，在现代通信、雷达和传感系统中起着关键作用。一般来说，打破非互易的方法主要是利用铁磁材料、有源晶体管本身的特性、时空调制、以及非线性材料。但是上述几种方法都具有各自的局限性，例如：体积大、造价昂贵、不利于集成等。另外，由于基于非线性的非互易器件存在动态互易性，不能较好的抑制后向噪声波的传输。

最近，东南大学崔铁军院士和张婧婧教授课题组与新加坡南洋理工大学罗宇教授合作，在 Laser Photonics Reviews 发表了题为“Nonmagnetic Spoof Plasmonic Isolator Based on Parametric Amplification”的论文，该文利用参量放大的概念实现可重构的人工表面等离激元非磁性隔离器件。在加载半导体二极管的等离子体参量放大器中，利用输入泵浦波能量转移给所期望的信号波进而实现前向信号波放大效果，进而抑制后向信号波的放大。因此，所提出的人工表面等离激元隔离器不仅继承了可共形人工表面等离激元波导紧凑、易于集成以及低损耗的优点，而且在抑制后向噪声的传输中有着显著的隔离效果。实验验证了此器件可以实现高达20 dB的隔离度，表明后向波噪声得到了较好的抑制。此外，通过操控人工表面等离激元的色散行为，此器件也可以实现多频隔离。我们的隔离方案证明了生产小型化、低成本等离子体无磁非互易隔离器件的可能性，在非磁性信息处理和雷达探测方面有着潜在的应用价值。论文第一作者为博士研究生高欣欣。

WILEY

论文信息：

Nonmagnetic Spoof Plasmonic Isolator Based on Parametric Amplification

Xinxin Gao, Jingjing Zhang*, Qian Ma, Wen Yi Cui, Yi Ren, Yu Luo*, Tie Jun Cui*

Laser Photonics Reviews

Laser

& Photonics

Reviews

期刊简介

Laser & Photonics Reviews 是一份双月刊同行评审科学期刊，涵盖光学科学各个方面的研究，由Wiley-VCH出版，包含综述、论文、快讯文章等内容，2021年影响因子13.138。

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