超表面是一種由亞波長(zhǎng)單元結(jié)構(gòu)按照一定規(guī)律排列而成的平面結(jié)構(gòu),滿足廣義斯涅耳定律,相比于傳統(tǒng)光學(xué)元件可以有效減少結(jié)構(gòu)的尺寸。超表面通過(guò)設(shè)計(jì)合適尺寸的諧振單元,可以實(shí)現(xiàn)在自然界中不存在的材料特性,比如負(fù)的介電常數(shù)、負(fù)的磁導(dǎo)率。超表面可以在亞波長(zhǎng)范圍內(nèi)引入光學(xué)特性的突變,實(shí)現(xiàn)對(duì)傳播光束的相位、振幅及偏振態(tài)等特性的控制,打破了傳統(tǒng)光學(xué)器件對(duì)傳播效應(yīng)的依賴(lài)。太赫茲波介于紅外與微波之間,相比常規(guī)的微波、紅外、可見(jiàn)光波段,THz波在安檢、通信、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有更大的應(yīng)用前景。本文設(shè)計(jì)出了一種可以對(duì)光束實(shí)現(xiàn)異常折射的柔性的超表面,工作頻率為4.3THz。首先,對(duì)超表面的異常折射的原理進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)利用不同張角的V形諧振結(jié)構(gòu)按照一定的周期順序排列,其相位變化的覆蓋范圍為0-2π,可以對(duì)入射光進(jìn)行有效的調(diào)控。其次,通過(guò)理論模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)量研究了其異常折射的特性,分別對(duì)TE和TM兩種不同模式的光正入射時(shí)的特性進(jìn)行了研究,證實(shí)其可產(chǎn)生正常折射的共偏振波和異常折射的交叉偏振波,且兩種模式下的共偏振波和交叉偏振波的振動(dòng)沿著不同的方向。最后,以TM模式光為研究對(duì)象,探究了超表面的異常折射穩(wěn)定性,證實(shí)了小角度形變對(duì)異... 

【文章來(lái)源】：南昌大學(xué)江西省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：45 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

電磁波譜

圖 1.2 (a)V 形天線在電子顯微鏡（SEM）下的電子顯微圖。圖像上黃色的部分是天線的超晶胞結(jié)構(gòu)。圖(b)當(dāng) y 偏振光垂直入射時(shí)，廣義 Snell 定律原理圖。2012 年，Ni 等人在光波段異常折射的基礎(chǔ)上，論證了異常折射現(xiàn)象也存在于近紅外波段[37]。他們利用 V 型的等離子體納米金屬天線陣列（如圖 1.3 所示），在分界面引入不連續(xù)的突變相位。他們研究發(fā)現(xiàn)這種類(lèi)型的天線支持非對(duì)稱(chēng)模式，通過(guò)選擇不同的參數(shù)可以調(diào)節(jié)交叉偏振光的相位延遲，可以在超薄的表面控制波前相位，達(dá)到控制異常折射和反射效果。他們?cè)O(shè)計(jì)的寬頻超表面，工作波長(zhǎng)可以從 1μm 到 9μm，這個(gè)研究在空間相位調(diào)制、光束控制、等離子體透鏡等方面具有很大的應(yīng)用，推動(dòng)了變換光學(xué)和芯片光學(xué)的發(fā)展。

圖 1.2 (a)V 形天線在電子顯微鏡（SEM）下的電子顯微圖。圖像上黃色的部分是天線的超晶胞結(jié)構(gòu)。圖(b)當(dāng) y 偏振光垂直入射時(shí)，廣義 Snell 定律原理圖。2012 年，Ni 等人在光波段異常折射的基礎(chǔ)上，論證了異常折射現(xiàn)象也存在于近紅外波段[37]。他們利用 V 型的等離子體納米金屬天線陣列（如圖 1.3 所示），在分界面引入不連續(xù)的突變相位。他們研究發(fā)現(xiàn)這種類(lèi)型的天線支持非對(duì)稱(chēng)模式，通過(guò)選擇不同的參數(shù)可以調(diào)節(jié)交叉偏振光的相位延遲，可以在超薄的表面控制波前相位，達(dá)到控制異常折射和反射效果。他們?cè)O(shè)計(jì)的寬頻超表面，工作波長(zhǎng)可以從 1μm 到 9μm，這個(gè)研究在空間相位調(diào)制、光束控制、等離子體透鏡等方面具有很大的應(yīng)用，推動(dòng)了變換光學(xué)和芯片光學(xué)的發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]太赫茲科學(xué)與技術(shù)[J]. 牧凱軍,張振偉,張存林.  中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào). 2009(03)
[2]太赫茲波科學(xué)與技術(shù)[J]. 周澤魁,張同軍,張光新.  自動(dòng)化儀表. 2006(03)
[3]太赫茲科學(xué)技術(shù)的新發(fā)展[J]. 劉盛綱.  中國(guó)基礎(chǔ)科學(xué). 2006(01)
[4]太赫茲科學(xué)與技術(shù)研究回顧[J]. Bradley Ferguson,張希成.  物理. 2003(05)

博士論文
[1]太赫茲光場(chǎng)調(diào)制超表面器件的設(shè)計(jì)與表征[D]. 賀敬文.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017

碩士論文
[1]基于超表面結(jié)構(gòu)的太赫茲功能器件研究[D]. 李瑤.華中科技大學(xué) 2017



本文編號(hào)：3465672