基于超表面结构的涡旋电磁波非线性电磁仿真与应用研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61901001
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.5万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0119.电磁场与波
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Vortex electromagnetic waves have enormous potential applications in the fields of microwave communication, optical micro-operation, optical microscopic imaging and quantum information. Instead of traditional lens, using the nonlinear metasurfaces to generate the optical vortex provides a new promising way for ultra-compact optical device and increasing the information capacity. At present, research on the generation of nonlinear vortex electromagnetic waves from metasurfaces lacks a precise, fast and universal solver that can simultaneously simulate the linear and nonlinear electromagnetic properties of metallic metasurface. In this proposal, by introducing the hydrodynamic model in the classical electromagnetic theory, the time-domain finite-difference method will be adopted to model the linear and nonlinear electromagnetic response of metallic structures. Based on the multi-physics electromagnetic solver, the nonlinear electromagnetic manipulation principle of metallic metasurface will be studied, the new mechanism of generating optical will be explored. The research of our proposal can not only provide a theory basis and technical support for the design of vortex field and nonlinear metasurface, but also expand the application field of traditional computational electromagnetic.
涡旋电磁波在微波通信、光学微操作、光学显微成像和量子信息等领域具有巨大应用潜力。使用非线性超表面替代传统透镜产生涡旋光场,为光学器件微型化和灵活的相位调控提供了新手段,同时非线性涡旋光场提高了信息载量。目前,关于超表面非线性涡旋电磁波产生的研究,缺乏可以同时实现金属超表面涡旋波线性和非线性电磁特性仿真的精准、快速和通用的求解器。项目基于时域有限差分法,在经典电磁理论框架下引入自由电子气流体模型,对金属结构线性和非线性电磁响应电磁建模;结合所建模型深入研究金属超表面的非线性电磁调控机理,探索基于非线性超表面产生涡旋光场的物理新机制。项目的成果不仅为涡旋光场、超表面理论和应用发展提供理论工具,而且拓展了传统计算电磁学应用领域。

结项摘要

目前已有的针对金属超表面涡旋光场线性与非线性电磁仿真的求解器,存在模型误差大、算法效率低、未充分验证其有效性、守恒性和收敛性等缺点。通过该项目的资助,研究按照计划顺利进行,超过项目预期成果,目前已开发一款等离子体微纳结构电磁仿真软件包,可以对等离子体微纳结构的线性和非线性电磁响应进行精准仿真,通过CUDA并行技术对算法进行加速。软件包能计算任意形状、任意周期、准周期金属纳米天线阵列的非线性电磁响应。同时能给出基波和不同谐波下的近场分布、远场辐射方向图、散射/消光/吸收截面、传输/反射系数等后核心工程参数。通过该软件包,建立并完善使用金属超表面非线性响应产生涡旋光场的理论和工程设计方案,为实验提供有效的理论工具(与实验课题组天津大学韩家广教授及香港大学张霜)。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Integrated Terahertz Generator-Manipulators Using Epsilon-near-Zero-Hybrid Nonlinear Metasurfaces
使用 Epsilon 近零混合非线性超表面的集成太赫兹发生器-操纵器
  • DOI:
    10.1021/acs.nanolett.1c02372
  • 发表时间:
    2021-09-09
  • 期刊:
    NANO LETTERS
  • 影响因子:
    10.8
  • 作者:
    Lu, Yongchang;Feng, Xi;Zhang, Weili
  • 通讯作者:
    Zhang, Weili
Heterogeneous CPU-GPU Accelerated Subgridding in the FDTD Modelling of Microwave Breakdown
微波击穿 FDTD 建模中的异构 CPU-GPU 加速子网格化
  • DOI:
    10.3390/electronics11223725
  • 发表时间:
    2022-11
  • 期刊:
    Electronics
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Jian Feng;Kaihong Song;Ming Fang;Wei Chen;Guoda Xie;Zhixiang Huang;Xianliang Wu
  • 通讯作者:
    Xianliang Wu
Compact Unidirectional Laser Based on All-Dielectric Metasurface With High Quality Factor
基于高品质因数全电介质超表面的紧凑型单向激光器
  • DOI:
    10.1109/jphot.2020.3042818
  • 发表时间:
    2021-02
  • 期刊:
    IEEE Photonics Journal
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Xu Ke;Fang Ming;Huang Zhixiang
  • 通讯作者:
    Huang Zhixiang
Compact vertical-cavity surface-emitting laser based on all-dielectric metasurfaces
基于全电介质超表面的紧凑型垂直腔面发射激光器
  • DOI:
    10.1016/j.optcom.2020.126257
  • 发表时间:
    2020-11
  • 期刊:
    Optics Communications
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Xu Ke;Fang Ming;Huang Zhixiang
  • 通讯作者:
    Huang Zhixiang
Bio-Sensor Based on Trapped Mode All-Dielectric Metasurface Coated with Graphene Layer to Enhance Sensitivity
基于捕获模式全电介质超表面的生物传感器,涂有石墨烯层以增强灵敏度
  • DOI:
    10.1109/jphot.2021.3075067
  • 发表时间:
    2021-06
  • 期刊:
    IEEE PHOTONICS JOURNAL
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Deng Xuesong;Fang Ming;Ren Xingang;Huang Zhixiang;Wu Xianliang;Shi Jiaming
  • 通讯作者:
    Shi Jiaming

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北淮阳成矿带东段东溪低硫型浅成热液金矿床:来自蚀变矿物、流体包裹体和氢氧同位素的证据
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  • 通讯作者:
    郝越进
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  • 发表时间:
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  • 通讯作者:
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  • 通讯作者:
    高帅斌

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方明的其他基金

微纳有源器件的半经典电磁建模及仿真
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    53 万元
  • 项目类别:
    面上项目
微纳有源器件的半经典电磁建模及仿真
  • 批准号:
    62271004
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    53.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目

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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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