本文選題：太赫茲 + 超表面��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：太赫茲波在電磁波譜中位于紅外與微波之間,隨著太赫茲波的產(chǎn)生以及探測技術(shù)的發(fā)展,太赫茲技術(shù)受到了廣泛關(guān)注。由于太赫茲波具有單光子能量低、穿透性好、以及較高的譜分辨率等特征,太赫茲技術(shù)能夠被廣泛應(yīng)用于安全檢查、生物醫(yī)學(xué)以及通信等領(lǐng)域。一直以來,絕大多數(shù)的研究者都致力于開發(fā)高功率的太赫茲源,以及高靈敏度的太赫茲探測器,并取得了一定的研究進展。為了滿足實際的應(yīng)用需求,研究人員正在努力發(fā)展小型化和集成化的太赫茲系統(tǒng)。然而,在太赫茲波段仍然缺乏各種功能調(diào)制器件�，F(xiàn)有的太赫茲波調(diào)制器效率低且體積龐大,如石英波片,聚乙烯透鏡等器件。這一現(xiàn)狀不僅影響太赫茲技術(shù)的發(fā)展,還會阻礙小型化太赫茲系統(tǒng)的研發(fā)進程。因此,開發(fā)體積小、質(zhì)量輕的太赫茲功能器件也是一項非常重要的研究工作。超表面是一種由亞波長天線組成的人工結(jié)構(gòu),不僅可以有效減小傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)的尺寸,還可以通過設(shè)計實現(xiàn)自然界中不存在的有效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。基于局域表面等離子體共振特性,超表面可以被用于調(diào)制電磁波的振幅和相位。超表面概念的提出為各種太赫茲調(diào)制器的設(shè)計提供了機遇。本論文提出了設(shè)計太赫茲光場調(diào)制超表面器件的普遍方法,并總結(jié)了組成超表面器件的C形金狹縫天線對散射波振幅和相位的調(diào)制規(guī)律�；谶@一設(shè)計原理,設(shè)計了三種太赫茲光場調(diào)制超表面器件和一種可調(diào)諧超表面器件。具體工作概括如下:基于超表面設(shè)計了太赫茲渦旋相位板,產(chǎn)生了拓撲數(shù)分別為1、2、3的太赫茲渦旋光場。在實驗中,利用太赫茲全息成像系統(tǒng)探測了產(chǎn)生的渦旋光場初始平面上的振幅和相位分布。在光路中加入高阻硅透鏡將渦旋光束聚焦,通過Z掃描的方法研究了拓撲數(shù)為1的太赫茲渦旋光場的遠場傳播特性,包括光強和相位的演化�；跅铑�(YG)相位恢復(fù)算法設(shè)計了工作頻率為0.8 THz的焦點間隔分別為2 mm和3 mm的四焦點、九焦點太赫茲超表面透鏡。這些多焦點透鏡的大小只有10×10 mm2,透鏡的尺寸不隨著焦點個數(shù)的增多而增大。實驗測試結(jié)果表明,設(shè)計的多焦點超表面透鏡具有良好的聚焦與成像功能。對多焦點透鏡色散特性的研究表明,設(shè)計的太赫茲四焦點透鏡具有800 GHz的聚焦帶寬,在0.8THz頻率處可以達到33.92%的衍射效率。設(shè)計了三種不同參數(shù)的太赫茲自聚焦光束全息超表面。提出的全息超表面能夠同時記錄自聚焦光場初始平面上的振幅和相位分布。產(chǎn)生的環(huán)形艾里光場能夠在自由空間傳播的過程中突然聚焦,聚焦的位置與理論計算值相符。在太赫茲波段利用超表面產(chǎn)生自聚焦光束的方法還可以被擴展到其他波段,尤其是可見光波段。用超表面來代替空間光調(diào)制器(Spatial light modulator,SLM)能夠大大減小系統(tǒng)的復(fù)雜性,并能有效地避免SLM引入的零級斑,提高能量利用率。基于二氧化釩(VO2)的絕緣-金屬相變特性,將太赫茲超表面透鏡與VO2膜結(jié)合,設(shè)計了溫控的太赫茲超表面透鏡。實驗結(jié)果表明,通過改變透鏡的溫度能夠控制聚焦的焦點強度。當(dāng)樣品溫度低于337 K時,焦點強度達到最大值;當(dāng)樣品溫度高于353 K時,焦點消失;當(dāng)樣品溫度處于337-353 K之間時,焦點的強度隨溫度的改變而改變。這種超薄的可調(diào)諧太赫茲透鏡有望被用于智能太赫茲系統(tǒng)或溫度傳感器中。
[Abstract]:In order to meet the practical application requirements , the terahertz wave modulator has been developed in order to meet the practical application requirements . The terahertz wave modulator has low efficiency and large volume , such as quartz wave plate and polyethylene lens . The focus disappears ; when the sample temperature is between 337 - 353 K , the intensity of the focus changes with the change in temperature . The ultra - thin tunable terahertz lens is expected to be used in an intelligent terahertz system or a temperature sensor .
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O441.4;TN761

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本文編號：2002304