基于MEMS技术的太赫兹超材料三维电磁感应透明慢光调控器

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61674104
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    16.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0407.微纳机电器件与控制系统
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2017-12-31

项目摘要

The ever increasing need for faster data rates is pushing the wireless communication systems to sub-terahertz spectral range. The cutting edge high speed electronic devices based on high electron mobility transistors barely meet the speed requirements of these applications and seriously challenge the further scaling of communication channels to higher operational frequencies. In the past decade, artificially engineered materials popularly known as “metamaterials” have been proposed and explored as an efficient means of manipulating terahertz (THz) waves. Slow light devices form an integral part of any wireless communication system as they enable the realization of optical delay lines, buffers, modulators, etc. Near-field coupling in planar metamaterials provides an access route for the realization of optical analogue of electromagnetically inducted transparency (EIT) which is basically a quantum phenomenon that enables enhanced slow light characteristics and high non-linear properties. Active control of EIT is critical for the realization of functional slow light and non-linear THz devices. Currently reported approaches based on optical and thermal means, demands for bulky setups or exotic materials or provide low response time and so are not ideal for the miniaturized or commercial systems. Microelectromechnical system (MEMS) integrated into the near-field coupled resonators will enable physical control of the resonator geometry and their coupling distance and will enable highly efficient and miniaturized solution. In this proposal, 3D reconfigurable of MEMS metamaterials for coupled mode systems will be systematically designed. The in-plane 2D metamaterials under comb-drive actuation will be integrated with out-of-plane reconfigurable stress beam microcantilevers to make 3D reconfigurable metamaterial. The coupling and tuning mechanism of EIT slow light in this device are profoundly studied and revealed in terms of the influence of geometrical variation of unit cell on light-matter interaction. The scalable nature of MEMS and metamaterial will make this technology disruptive over the wide range of microwave, THz and infrared spectral applications in the near future.
慢光器件作为无线通信系统中的重要组成部分,能够提供太赫兹波的缓冲、调控和延迟功能。而超材料平面内的近场电磁耦合可以激发太赫兹的电磁感应透明效应(EIT),这是一种强烈非线性的慢光表现。目前基于光学式和热学式调控EIT,由于特殊材料的引入、较大的器件体积和较慢的响应速度阻碍了微型系统和商业化集成。本项目创新地提出基于微机电系统 (MEMS) 的太赫兹超材料三维调控器,采用集成静电梳齿驱动和悬臂梁结构驱动实现平面内和平面外调控EIT;研究太赫兹波与超材料的EIT慢光电磁场耦合作用物理机制,探索通过改变超材料结构单元的相对位置而产生太赫兹EIT慢光频谱共振响应变化的调控机理。此项目可以为未来的高性能太赫兹超材料调控器的设计和制成提供完善的研究和实验平台。

结项摘要

慢光器件作为无线通信系统中的重要组成部分,能够提供太赫兹波的缓冲、调控和延迟功能。而超材料平面内的近场电磁耦合可以激发太赫兹的电磁感应透明效应(EIT),这是一种强烈非线性的慢光表现。本项目设计了一组共四个基于两个同轴的双开口环谐振器的太赫兹超材料器件,可以实现在太赫兹波段的双频带调谐。同时,对入射电磁波进行了入射角、极化角的研究,结果表明,该器件可以实现幅值的调制,并且有对极化角不敏感的特性,有望用作可应用在任意形状表面的传感器。同时制备了一种基于弯曲传感的 “Ω”结构的超薄太赫兹超材料器件。器件的衬底为柔性材料parylene-C,上面是一层金属,单元结构为镂空的环。由于两种材料热膨胀系数的不同导致残余应力的存在,器件在制备完成后,中间的圆盘向上翘起约4.2°。将器件由外向内挤压,当挤压方向与Ω的对称轴垂直,圆盘的翘起角度几乎没有变化,反之,弯曲应力与翘起角度呈正相关。将4个基础结构单元依次旋转90°形成旋转对称的结构,弯曲实验表明,仅仅1.3 × 10−4的应力变化,就可以产生高达31.1%的幅度调制,因此该器件可以用作超灵敏传感器。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Flexible omega-ring metamaterial sensor with ultrahigh sensitivity in the terahertz region
柔性欧米茄环超材料传感器在太赫兹区域具有超高灵敏度
  • DOI:
    10.1364/ome.7.004123
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    OPTICAL MATERIALS EXPRESS
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yan Gui;Hairun Chen;Bin Yang;Jingquan Liu;Xiang Chen;Xiaolin Wang;Chunsheng Yang
  • 通讯作者:
    Chunsheng Yang
Novel CMOS-Compatible Mo−AlN−Mo Platform for MetamaterialBased Mid-IR Absorber
用于基于超材料的中红外吸收器的新型 CMOS 兼容 Mo-AlN-Mo 平台
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    ACS Photonics
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Dihan Hasan;Prakash Pitchappa;Jiahui Wang;Tao Wang;Bin Yang;Chong Pei Ho;Chengkuo Lee
  • 通讯作者:
    Chengkuo Lee
Angular and polarization study of flexible metamaterials with double split-ring resonators on parylene-C substrates
聚对二甲苯-C 基板上具有双开环谐振器的柔性超材料的角度和偏振研究
  • DOI:
    10.1063/1.4965853
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    APPLIED PHYSICS LETTERS
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Yan Gui;Bin Yang;Xiaoqing Zhao;Jingquan Liu;Xiang Chen;Xiaolin Wang;Chunsheng Yang
  • 通讯作者:
    Chunsheng Yang
Microfluidic metamaterial sensor: Selective trapping and remote sensing of microparticles
微流控超材料传感器:微粒的选择性捕获和遥感
  • DOI:
    10.1063/1.4973492
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Kailing Shih;Prakash Pitchappa;Manukumara Manjappa;Chong Pei Ho;Ranjan Singh;Chengkuo Lee
  • 通讯作者:
    Chengkuo Lee
A ‘T’ shaped flexible multiband ultra-thin terahertz metamaterial with consistent curved transmission spectra
具有一致弯曲透射光谱的“T”形柔性多波段超薄太赫兹超材料
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Materials Research Express
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Hairun Chen;Bin Yang;Xiaoqing Zhao;Yan Gui;Jingquan Liu;Xiang Chen;Xiaolin Wang;Chunsheng Yang
  • 通讯作者:
    Chunsheng Yang

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其他文献

Percutaneous drug delivery system based on porous microneedle structure
基于多孔微针结构的经皮给药系统
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011-12-28
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘景全;李以贵;杨斌;杨春生;闫肖肖
  • 通讯作者:
    闫肖肖
微观权力、法家思想与管理控制研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    管理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李非;杨春生;廖晨;雷杰
  • 通讯作者:
    雷杰
一种新型微机电系统共面波导传输
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    上海交通大学学报,2004, 38, (S1). 125-128(EI收录)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蒋振新;丁桂甫;杨春生;张永华;李
  • 通讯作者:
SPARROW模型研究及应用进展
  • DOI:
    10.1073/pnas.1903461116
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    水文
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    解莹;李叙勇;王慧亮;杨春生
  • 通讯作者:
    杨春生
基于CC2430的无线可植入微刺激器电路研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    计算机测量与控制
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邱可可;刘景全;杨春生;郭忠元;朱正罕;王龙飞
  • 通讯作者:
    王龙飞

其他文献

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杨春生的其他基金

面向脑机接口的柔性MEMS电容干电极技术基础研究
  • 批准号:
    61176104
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    58.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于柔性MEMS的人工面神经技术基础研究
  • 批准号:
    60876082
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    32.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
PMMA反应离子深刻蚀加工及其侧壁钝化技术的研究
  • 批准号:
    50075055
  • 批准年份:
    2000
  • 资助金额:
    16.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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