太赫茲波由于所處位置特殊故而具有多種優(yōu)良特性,因而可廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)、通信、公共安全等領(lǐng)域,是近年來大熱的研究方向之一。本論文首先介紹了太赫茲波前操縱的研究背景、研究意義以及研究現(xiàn)狀,然后重點(diǎn)對(duì)太赫茲波段的金屬平行平板波導(dǎo)理論、金屬矩形波導(dǎo)理論以及廣義斯涅爾定律進(jìn)行詳細(xì)的闡述。本論文主要研究工作是將廣義斯涅耳定律中的相位突變?cè)硪虢饘俨▽?dǎo)理論中來,共同實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲波段的波前操縱研究,研究主要集中在三種結(jié)構(gòu)上,分別是艾里光束的產(chǎn)生、透鏡的聚焦實(shí)現(xiàn)以及光譜的分辨。論文主要研究工作總結(jié)如下:(1)設(shè)計(jì)并仿真表征了一種基于金屬平行平板波導(dǎo)的太赫茲艾里光束發(fā)生器的特性。此結(jié)構(gòu)由十組平行排列、間隔不等、長度一致的金屬平板組組成,金屬平板周期相等,奇數(shù)組內(nèi)金屬平板間隔均為d_1,偶數(shù)組內(nèi)金屬平板間隔均為d_2,金屬平板間隔為d_1和d_2時(shí)產(chǎn)生的相位變化相差p符合艾里函數(shù)的相位要求,各組內(nèi)金屬平板周期數(shù)需要符合艾里函數(shù)的振幅分布。除了設(shè)計(jì)產(chǎn)生了艾里光束,艾里光束的許多特性比如自彎曲特性、自修復(fù)特性也通過修改參數(shù)的方法被仿真驗(yàn)證了。這種基于金屬平行平板波導(dǎo)產(chǎn)生艾里光束的方法比以往文章中提出的方法要簡(jiǎn)單有效,期望可以在太赫茲和微波頻率中得到更多不同的應(yīng)用。(2)設(shè)計(jì)并仿真表征了三種基于金屬波導(dǎo)的太赫茲超薄透鏡,其中分別是基于金屬平行平板波導(dǎo)的太赫茲二維透鏡和雙焦點(diǎn)透鏡以及基于金屬矩形波導(dǎo)的太赫茲三維透鏡。二維透鏡和雙焦點(diǎn)透鏡中單個(gè)金屬平板之間狹縫的寬度以及金屬平板的長度由入射光的偏振態(tài)、波導(dǎo)的工作模式和透鏡的相位分布要求共同決定;三維透鏡中單個(gè)矩形波導(dǎo)的x方向?qū)挾�、y方向?qū)挾纫约熬匦尾▽?dǎo)的厚度由入射光的偏振態(tài)、波導(dǎo)的工作模式和透鏡的相位分布要求共同決定。這種基于金屬波導(dǎo)產(chǎn)生聚焦效果的方法相比于以往文章中提到的方法要設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、制作方便,并且可以產(chǎn)生接近于光束衍射極限的半高全寬。(3)設(shè)計(jì)并仿真表征了一種基于金屬平行平板波導(dǎo)的太赫茲分光元件。我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)具有相等相位梯度的金屬平行平板波導(dǎo)陣列。此結(jié)構(gòu)可分辨的波長范圍是0.80 mm到1.15 mm,即使入射波長僅變化0.01 mm,透射電場(chǎng)的強(qiáng)度變化也可以被檢測(cè)到。記錄波長變化時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度最大值坐標(biāo)位置,得到波長與位移變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線,即可達(dá)到光譜分辨的效果。這種基于金屬平行平板波導(dǎo)陣列的太赫茲分光元件具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、體積小、輕便易攜帶的優(yōu)點(diǎn),是傳統(tǒng)光譜儀的一種優(yōu)良的替代方法。
【學(xué)位單位】：中國計(jì)量大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O441.4
【部分圖文】：

中國計(jì)量大學(xué)碩士學(xué)位論文1 緒論1.1 研究背景及意義太頻率在 0.1~10 THz（1THz=1012Hz）范圍內(nèi)的電磁波是電磁波輻射里的一個(gè)特殊頻帶，被稱為太赫茲輻射。圖 1.1 為電磁波譜中的太赫茲波段[1]，從圖中可以看出，太赫茲波段位于電磁頻譜中的微波和紅外輻射之間。類似于光學(xué)領(lǐng)域，在太赫茲領(lǐng)域下使用自由空間光學(xué)元件來控制光場(chǎng)的相位以實(shí)現(xiàn)所需要的功能也是非常重要的。近年來，超快光電子技術(shù)和低尺度半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，為太赫茲波段提供了合適的光源和探測(cè)手段，太赫茲科學(xué)和技術(shù)才得以飛速的發(fā)展。

使用化學(xué)腐蝕的方法腐蝕這些薄銅片的輸出端使得從中間到兩側(cè)的曲率半徑逐漸減小，具體結(jié)構(gòu)見圖1.2。此結(jié)構(gòu)在入射頻率大于截止頻率時(shí)表現(xiàn)為完美透鏡，而在入射頻率小于截止頻率時(shí)表現(xiàn)為完美反射鏡。同年，Harvard 大學(xué)的 Capasso 等人使用 nanofins結(jié)構(gòu)組成了一個(gè)用于可見光波段的超薄透鏡，這個(gè)超透鏡可以實(shí)現(xiàn)超越衍射級(jí)的聚焦和亞波長成像。圖 1.2 太赫茲人工介質(zhì)透鏡圖 1.3 可見光波段超透鏡1.2.2 渦旋光束渦旋是一種有趣的現(xiàn)象，與我們的生活息息相關(guān)。渦旋光束經(jīng)常被應(yīng)用在

的平面是平的，輸出端平面是一個(gè)球形凹面，使用化學(xué)腐蝕銅片的輸出端使得從中間到兩側(cè)的曲率半徑逐漸減小，具體構(gòu)在入射頻率大于截止頻率時(shí)表現(xiàn)為完美透鏡，而在入射頻表現(xiàn)為完美反射鏡。同年，Harvard 大學(xué)的 Capasso 等人使了一個(gè)用于可見光波段的超薄透鏡，這個(gè)超透鏡可以實(shí)現(xiàn)超亞波長成像。圖 1.2 太赫茲人工介質(zhì)透鏡

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 黃琳;相交園截面直金屬波導(dǎo)的模分析[J];江漢大學(xué)學(xué)報(bào);1996年06期

2 凌東雄;;10.6μm導(dǎo)光金屬平板波導(dǎo)模損耗理論及其應(yīng)用[J];應(yīng)用激光;1989年05期

3 林遠(yuǎn)芳,黃元慶;環(huán)狀截面同軸金屬波導(dǎo)的特性研究[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2002年06期

4 薛冬;劉珊珊;高珊;張?jiān)Ｊ?宗明吉;陳淑瑜;;矩形金屬波導(dǎo)傳輸模式研究[J];棗莊學(xué)院學(xué)報(bào);2017年05期

5 唐偉民;王正嶺;姜文帆;;亞波長金屬波導(dǎo)的光傳播和干涉特性研究[J];光子學(xué)報(bào);2013年04期

6 金仁貴;方云團(tuán);;等離子體金屬波導(dǎo)在外磁場(chǎng)調(diào)制下的傳輸模式[J];光學(xué)技術(shù);2017年05期

7 袁文;郭琴;肖平平;桑明煌;;基于雙面金屬波導(dǎo)的納米磁流體磁調(diào)制[J];紅外與毫米波學(xué)報(bào);2012年03期

8 辛建國,閻平,魏光輝;射頻激勵(lì)全金屬波導(dǎo)CO_2激光器的特性研究[J];中國激光;1993年06期

9 吳萬春,文舸一,王家禮;任意截面金屬波導(dǎo)截止波數(shù)的邊界元解法[J];通信學(xué)報(bào);1986年02期

10 曹莊琪;陸海峰;李紅根;鄧曉旭;沈啟舜;;亞毫米尺度雙面金屬波導(dǎo)的超高階模及其濾波特性研究[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2006年04期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 杜向麗;尹亞玲;夏勇;印建平;;一種采用空心金屬波導(dǎo)產(chǎn)生矢量空心光束的新方法[A];第十六屆全國量子光學(xué)學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)報(bào)告摘要集[C];2014年

2 吳萬春;文舸一;;任意截面均勻填充金屬波導(dǎo)截止波數(shù)的邊界元解法[A];1985年全國微波會(huì)議論文集[C];1985年

3 王正嶺;印建平;;利用空心金屬波導(dǎo)的原子單模波導(dǎo)[A];上海市激光學(xué)會(huì)2005年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2005年

4 曹莊琪;陸海峰;李紅根;鄧曉旭;沈啟舜;;亞毫米尺度雙面金屬波導(dǎo)及其超高階模的研究[A];光電技術(shù)與系統(tǒng)文選——中國光學(xué)學(xué)會(huì)光電技術(shù)專業(yè)委員會(huì)成立二十周年暨第十一屆全國光電技術(shù)與系統(tǒng)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

5 袁文;桑明煌;郭琴;況慶強(qiáng);;亞毫米尺度磁流體波導(dǎo)窄帶濾波特性[A];全國第15次光纖通信暨第16屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

6 羅欽;劉勇;王可嘉;;太赫茲技術(shù)綜述[A];第十三屆全國紅外加熱暨紅外醫(yī)學(xué)發(fā)展研討會(huì)論文及論文摘要集[C];2011年

7 劉永強(qiáng);孔令寶;劉濮鯤;;基于表面等離子體激元的新型太赫茲波導(dǎo)的研究[A];2015年全國微波毫米波會(huì)議論文集[C];2015年

8 何雅蘭;何金龍;劉平安;;低損耗太赫茲鍍膜金屬波導(dǎo)研究[A];第十屆全國光電技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2012年

9 劉忠民;鄧次平;;一種提高邊界元法精度的有效方法——吻邊邊界元法[A];1987年全國微波會(huì)議論文集（上）[C];1987年

10 周燕;張振偉;崔偉麗;韓元;張存林;;太赫茲波導(dǎo)的進(jìn)展[A];光電技術(shù)與系統(tǒng)文選——中國光學(xué)學(xué)會(huì)光電技術(shù)專業(yè)委員會(huì)成立二十周年暨第十一屆全國光電技術(shù)與系統(tǒng)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 記者 常麗君;長期保留光的方法被證明[N];科技日?qǐng)?bào);2014年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前8條

1 王凱;太赫茲金屬波導(dǎo)的傳輸與耦合[D];上海大學(xué);2018年

2 劉冬冬;基于等離子體誘導(dǎo)透射效應(yīng)的諧振微腔金屬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)傳輸特性研究[D];南京理工大學(xué);2018年

3 郭凱;基于二維金屬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的光學(xué)超衍射極限研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

4 石曉燕;金屬波導(dǎo)陣列中表面等離子體的傳輸特性研究[D];東華大學(xué);2015年

5 劉建龍;金屬—絕緣體-金屬波導(dǎo)內(nèi)表面等離子體傳輸與控制[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

6 劉建龍;金屬-絕緣體-金屬波導(dǎo)內(nèi)表面等離子體傳輸與控制[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

7 王國璽;亞波長金屬波導(dǎo)中的表面等離子體特性和調(diào)控的研究[D];中國科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機(jī)械研究所）;2014年

8 陳園園;基于亞波長金屬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的表面等離激元傳輸、增強(qiáng)及應(yīng)用研究[D];北京郵電大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 吳夢(mèng)茹;基于導(dǎo)波結(jié)構(gòu)的太赫茲波前操縱研究[D];中國計(jì)量大學(xué);2018年

2 楊智博;基于金屬波導(dǎo)毛細(xì)管的熒光檢測(cè)儀[D];大連理工大學(xué);2018年

3 楊松霖;金屬波導(dǎo)中等離子體誘導(dǎo)吸收及應(yīng)用的研究[D];湖南大學(xué);2017年

4 于大明;二維金屬波導(dǎo)中等離子體誘導(dǎo)透明和吸收效應(yīng)[D];湖南大學(xué);2017年

5 郝健;基于金屬波導(dǎo)毛細(xì)管的柴油泄露檢測(cè)儀研制[D];大連理工大學(xué);2015年

6 牟東;基于表面等離子體金屬波導(dǎo)的長周期光柵濾波器[D];電子科技大學(xué);2016年

7 黃業(yè)雄;基于表面等離子體激元的新型納米傳感器的理論研究[D];西南大學(xué);2016年

8 代萌;采用空心金屬波導(dǎo)的原子導(dǎo)引及其空心光束的產(chǎn)生[D];華東師范大學(xué);2005年

9 姚斌;用FDTD法分析介質(zhì)波導(dǎo)和介質(zhì)加載腔的電磁波模場(chǎng)分布[D];云南師范大學(xué);2006年

10 杜向麗;標(biāo)量和矢量空心激光束的產(chǎn)生與傳輸特性研究[D];華東師范大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2812439