本文關鍵詞：基于金屬表面等離子激元的太赫茲波段功能器件研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著太赫茲波源與探測器技術的成熟,太赫茲波段的技術應用正在飛速發(fā)展。太赫茲波功能器件的研究對于推動太赫茲波段技術應用有積極意義。金屬表面等離子激元可以在與入射波波矢平行的方向上突破電磁波衍射極限,將太赫茲波束縛在亞波長尺寸上傳播,或者產生透射增強效應,使特定頻率范圍內的太赫茲波透過亞波長周期陣列結構,利用太赫茲表面等離子激元的波導效應與增強透射效應,可以促進太赫茲波段功能器件的研究與發(fā)展。根據表面等離子振蕩的連續(xù)性差異,表面等離子激元可以分為傳播性的表面等離子激元和局域性的表面等離子激元兩種。二者各自具有不同的性質。本文基于對于兩種表面等離子激元不同特性的研究,設計并研究了若干太赫茲波段功能器件,并通過實驗驗證了數值仿真分析的結果：(1)理論分析了金屬膜上刻蝕有亞波長空氣環(huán)陣列的“金屬-介質-金屬”結構的透射特性,對透射譜中兩個窄帶諧振峰的耦合模式進行了深入分析,利用局域性表面等離子體特性設計了窄帶濾波器,利用傳播性表面等離子體特性設計了窄帶偏振器。通過優(yōu)化仿真參數,確定了優(yōu)設計方案,并結合現有測試設備制作了樣品,測試得到的窄帶濾波效應和偏振特性與仿真結果一致。(2)基于對“金屬-介質-金屬”透射特性的分析,計了七層太赫茲調制器方案,利用傳播性表面等離子體耦合與金屬外側介質介電常數相關的特性,通過改變外側介質介電常數實現了對窄帶諧振峰中心頻率的調制。試制了實驗樣品,通過實驗初步驗證了該方案的可行性。(3)基于表面刻蝕有亞波長周期結構金屬的太赫茲表面等離子波特性,設計并制作了雙層平行亞波長周期刻蝕金屬板結構,該結構相較于單層結構,具有較好的低通特性,并且在表面波模式與波導模式之間有一能帶間隙,可設計制作太赫茲帶阻濾波器。改變兩板間的距離可調節(jié)濾波器阻帶特性。結合利用傾斜平板耦合器件,制作了帶阻濾波器樣品,阻帶特性測試結果與仿真結果一致。(4)利用局域性表面波橫模與縱模的電場方向垂直的特性,結合傳播性表面等離子激元與局域性表面等離子激元的相互耦合,設計了十字型太赫茲分束器。通過波場分析,使用電子云模型解釋了傳播性表面等離子與局域性表面等離子激元相互轉換過程,及其在太赫茲波分束過程中的作用。該分束器設計可以在較寬頻段內實現在不改變入射波光學特性的情況下的分束。
【關鍵詞】：太赫茲 亞波長周期陣列 透射增強現象 傳播性表面等離子激元 局域性表面等離子激元 窄帶濾波器 偏振器 調制器 帶阻濾波器 分束器
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN25;O539
【目錄】：

• 致謝6-7
• 摘要7-9
• Abstract9-18
• 英漢縮略語表18-19
• 符號表19-20
• 1 緒論20-37
• 1.1 太赫茲波簡介20-22
• 1.2 太赫茲波應用簡介22-26
• 1.2.1 太赫茲波源22-23
• 1.2.2 太赫茲波探測器23
• 1.2.3 太赫茲實驗測試系統(tǒng)簡介23-25
• 1.2.4 太赫茲波段功能器件研究進展25-26
• 1.3 太赫茲表面等離子激元簡介及其功能器件研究進展26-34
• 1.3.1 金屬亞波長周期性結構的電磁波透射研究進展27-29
• 1.3.2 波導型表面等離子功能器件研究進展29-31
• 1.3.3 LSP研究進展31-33
• 1.3.4 太赫茲耦合結構33-34
• 1.4 選題意義、研究內容、創(chuàng)新點與章節(jié)安排34-37
• 1.4.1 選題意義34
• 1.4.2 研究內容與創(chuàng)新點34-35
• 1.4.3 章節(jié)安排35-37
• 2 太赫茲表面等離子激元基礎37-49
• 2.1 太赫茲波段的金屬介電常數37-38
• 2.2 PSP理論基礎38-43
• 2.2.1 真空中的平面波38-39
• 2.2.2 光滑金屬表面的PSP39-41
• 2.2.3 金屬一維周期性結構表面的PSP41-43
• 2.3 LSP理論基礎43-46
• 2.4 數值計算方法與仿真軟件46-47
• 2.4.1 時域有限差分法軟件46-47
• 2.4.2 有限元法軟件47
• 2.5 本章小結47-49
• 3 基于表面波透射增強現象的太赫茲波功能器件研究49-77
• 3.1 雙層環(huán)狀亞波長陣列結構的太赫茲波透射增強現象初步分析49-56
• 3.2 基于亞波長陣列結構的窄帶濾波器及偏振器件設計與實驗56-69
• 3.2.1 幾何參數對窄帶濾波器影響的仿真分析及窄帶濾波器設計56-60
• 3.2.2 非對稱周期MDM結構的設計與實驗60-67
• 3.2.3 窄帶偏振器的優(yōu)化設計67-69
• 3.3 多層介質金屬混合結構研究及太赫茲調制器仿真設計與初步實驗驗證69-76
• 3.4 本章小結76-77
• 4 波導型表面等離子功能器件的設計77-100
• 4.1 平行周期性刻蝕金屬板結構傳輸特性研究及其應用77-92
• 4.1.1 平行周期性刻蝕金屬板結構透射特性仿真分析77-83
• 4.1.2 太赫茲耦合結構83-85
• 4.1.3 基于平行周期性刻蝕金屬板結構透射特性的太赫茲帶阻濾波器實驗與分析85-90
• 4.1.4 誤差分析90-92
• 4.2 十字形周期性刻蝕金屬結構透射特性分析及太赫茲分束器設計92-99
• 4.2.1 分束器的設計與透射特性仿真分析92-98
• 4.2.2 結構參數對分束器特性影響分析98-99
• 4.3 本章小結99-100
• 5 結論與展望100-102
• 參考文獻102-110
• 作者簡歷及在學期間所取得的科研成果110

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本文編號：361618