太赫茲波在亞波長(zhǎng)金屬結(jié)構(gòu)中的傳輸特性及其應(yīng)用研究.pdf

1、太赫茲波技術(shù)在傳感檢測(cè)和高速率無(wú)線通信領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值，但目前太赫茲波段與波束控制相關(guān)的功能器件非常匱乏，這嚴(yán)重制約了太赫茲波應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展．本論文在研究了亞波長(zhǎng)金屬結(jié)構(gòu)在太赫茲波段的表面等離子體激元(surfaceplasmon polariton，SPP)和偽表面等離子體(spoof surface plasmon，SSP)效應(yīng)的基礎(chǔ)上,探索了亞波長(zhǎng)金屬結(jié)構(gòu)在太赫茲波束控制中的應(yīng)用，提出了一系列的設(shè)計(jì)方案，具體的研究?jī)?nèi)容如下:

2、
　　 (1)分析了亞波長(zhǎng)金屬結(jié)構(gòu)在太赫茲波段的透過(guò)特性并設(shè)計(jì)了一種基于雙層金屬光柵填充液晶結(jié)構(gòu)的電控太赫茲波開(kāi)關(guān)器件．其開(kāi)關(guān)機(jī)制是利用外部偏置電壓控制液晶材料的折射率，來(lái)實(shí)現(xiàn)太赫茲波諧振峰位置的移動(dòng)．該方案的創(chuàng)新之處在于：結(jié)構(gòu)中的亞波長(zhǎng)金屬結(jié)構(gòu)不僅僅作為支持高透射率的光柵來(lái)使用，同時(shí)還用作金屬電極．該設(shè)計(jì)方案可以解決以往液晶太赫茲波開(kāi)關(guān)器件中由于采用氧化銦錫電極所帶來(lái)的高插入損耗問(wèn)題．此外，我們還提出了一種基于多層金屬光柵填充

3、液晶結(jié)構(gòu)的寬帶太赫茲波開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)方案，其開(kāi)關(guān)狀態(tài)是通過(guò)外部電場(chǎng)控制改變液晶的吸收系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的．文中采用嚴(yán)格耦合波方法分析了器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)與太赫茲開(kāi)關(guān)性能之間的關(guān)系.
　　 (2)從理論上分析了亞波長(zhǎng)金屬表面光柵結(jié)構(gòu)支持的SSP的色散關(guān)系并提出了一種填充硅介質(zhì)的金屬表面光柵結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)局域太赫茲波的技術(shù)方案．利用有限元模擬證明了當(dāng)光泵浦使金屬凹槽中的硅折射率產(chǎn)生梯度線性變化分布時(shí)，該結(jié)構(gòu)可以將不同頻率的太赫茲波局域到不同的空間

4、位置; 通過(guò)控制改變凹槽中硅折射率的分布函數(shù)，可以控制某一頻率的太赫茲波局域位置沿水平方向在亞波長(zhǎng)尺度控制移動(dòng).
　　 (3)提出了一種亞波長(zhǎng)金屬狹縫-凹槽結(jié)構(gòu)來(lái)控制太赫茲波透過(guò)亞波長(zhǎng)金屬狹縫的傳播特性．該設(shè)計(jì)創(chuàng)新之處在于結(jié)構(gòu)中含有兩種不同深度的金屬亞波長(zhǎng)凹槽陣列．其中淺凹槽用來(lái)支持太赫茲表面波的傳播，而深凹槽作為衍射光柵，將太赫茲表面波重新衍射到自由空間．理論分析和數(shù)值模擬結(jié)果表明：通過(guò)控制結(jié)構(gòu)中深凹槽陣列的分布，可以實(shí)現(xiàn)多種

5、波束控制效果，包括：分束，垂直準(zhǔn)直和離軸準(zhǔn)直效果.
　　 (4)采用太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)(THz-TDS)實(shí)驗(yàn)測(cè)量了環(huán)氧玻璃襯底的亞波長(zhǎng)金屬狹縫光柵樣品的透射譜，詳細(xì)的分析了透射譜各種類(lèi)型的透射峰和吸收峰的形成機(jī)制和特點(diǎn)．分析結(jié)果表明：透射譜中窄透射峰的形成依賴(lài)于SPP和導(dǎo)模的相互耦合作用.
　　 此外，由于太赫茲波在襯底中的多重反射作用也可以形成Fabry-Perot (FP)類(lèi)型的寬透射峰．如果滿(mǎn)足FP 諧振的同時(shí)激發(fā)