【摘要】：太赫茲科學(xué)技術(shù)方興未艾,推動其發(fā)展的一個核心關(guān)鍵問題是太赫茲輻射源。本論文以電子注激勵表面等離子體激元為基礎(chǔ),探索將光子學(xué)和電子學(xué)相結(jié)合的方法發(fā)展新型太赫茲輻射源,研究發(fā)現(xiàn)了一些產(chǎn)生太赫茲輻射的新的物理機(jī)制和物理現(xiàn)象。在研究電子注激勵表面等離子體激元產(chǎn)生電磁輻射的過程中得到如下重要結(jié)果:1.本論文研究了平行運(yùn)動電子注激勵石墨烯表面等離子體激元產(chǎn)生太赫茲輻射,在石墨烯加載介質(zhì)光柵結(jié)構(gòu)中,電子注激勵起相干的表面等離子體激元經(jīng)光柵衍射轉(zhuǎn)化為輻射場。表面等離子體激元極大的增強(qiáng)了輻射功率,輻射功率密度可高達(dá)103 W/cm2,更重要的是輻射頻率可通過電子注速度和石墨烯化學(xué)勢等參數(shù)進(jìn)行調(diào)諧,能夠覆蓋整個太赫茲頻段。因此,該輻射具有室溫工作、高功率密度、相干、可調(diào)的特點(diǎn)。出于實(shí)用化的考慮,還研究了由于加工過程導(dǎo)致的介質(zhì)光柵形變對輻射特性產(chǎn)生的巨大影響。2.本論文研究了螺旋運(yùn)動電子注激勵圓柱石墨烯加載介質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生太赫茲輻射。在圓柱石墨烯結(jié)構(gòu)中,由于結(jié)構(gòu)本身的2π周期,表面等離子體激元的色散曲線可以穿過介質(zhì)光速線,能夠滿足介質(zhì)中的切倫科夫閾值,因此表面等離子體激元可轉(zhuǎn)化為介質(zhì)中的切倫科夫輻射。該太赫茲輻射源的輻射功率密度高達(dá)105W/cm2,比平板結(jié)構(gòu)的高兩個數(shù)量級。輻射頻率可通過電子注速度、石墨烯化學(xué)勢和結(jié)構(gòu)尺寸等參數(shù)進(jìn)行寬頻段的調(diào)諧,可覆蓋整個太赫茲頻段。該輻射機(jī)制的提出對進(jìn)一步發(fā)展室溫工作、高功率密度、相干、可調(diào)的太赫茲輻射源具有重要意義。3.本論文研究了電子注激勵金屬薄膜加載周期結(jié)構(gòu)的電磁輻射,電子注激勵起金屬薄膜中的表面等離子體激元,表面等離子體激元再經(jīng)過周期結(jié)構(gòu)衍射轉(zhuǎn)化為相干的電磁輻射。同樣的,該輻射具有室溫工作、高功率密度、相干、可調(diào)的特點(diǎn)。論文詳細(xì)研究了完純導(dǎo)體光柵、介質(zhì)光柵和金屬二維光柵三種周期結(jié)構(gòu),它們具有不同的特點(diǎn),并分析了其中出現(xiàn)的一些物理現(xiàn)象,如輻射場的干涉、模式耦合等。4.本論文還研究了電子注激勵多層金屬-介質(zhì)結(jié)構(gòu)的電磁輻射。在介質(zhì)薄膜-金屬薄膜-介質(zhì)基底結(jié)構(gòu)中,電子注激勵起表面等離子體激元,滿足切倫科夫閾值時表面等離子體激元轉(zhuǎn)化為介質(zhì)中的輻射場。在該結(jié)構(gòu)中,介質(zhì)薄膜能有效地調(diào)節(jié)表面等離子體激元的色散特性,使得產(chǎn)生可見光到紫外頻段的電磁輻射所需的電子注能量極低。另外,介質(zhì)薄膜使表面等離子體激元更加局域化,增強(qiáng)了輻射功率。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O441

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本文編號：2800758