基于超表面的太赫兹偏振转换技术研究

论文摘要

随着太赫兹技术的快速发展,太赫兹源和探测技术逐渐成熟,而太赫兹波段的功能器件及相关技术发展缓慢。本文主要研究了分别基于金属超表面和石墨烯超表面的太赫兹偏振转换器的偏振转换特性及其原理。设计并实测了 一种基于金属超表面的太赫兹反射式偏振转换器,由带双L形孔阵列的金属膜-介质-完整金属膜三层结构组成。结构的反射谱中出现了偏振转换曲线,曲线在频率为0.279THz和0.332THz处形成峰值,反射率分别为88.9%和69.7%,偏转转换率分别为99.7%和95.6%。金属膜的表面电流分布特点,表明介质中存在磁共振,从而感应出垂直于入射波偏振方向的电场。通过对电场分布特点的分析,表明了太赫兹波在L形金属孔边缘激发出表面等离子体共振以及在反射式结构中的传播过程。通过对入射波电场进行矢量分解,比较各自的反射谱和电场分布,表明了偏振转换原理。通过改变结构参数,研究了各参数对偏振转换特性的影响。电场分布图表明金属孔与金属条结构具有不同的物理机制。最后加工出所设计的太赫兹反射式偏振转换器样品,利用太赫兹返波管系统搭建反射式测试光路对样品进行了单频点测试,实验结果表明器件可以实现61.9%的偏振转换率。设计了一种基于石墨烯超表面的太赫兹反射式偏振转换器,由带孔阵列的单层石墨烯-介质-完整金属三层结构组成。结构的反射谱中出现了偏振转换曲线,曲线在2.65 THz和3.58 THz处形成峰值,反射率分别为66.4%和56.0%,偏振转换率分别为96.6%和89.9%。垂直于石墨烯表面方向的电场分布特点,表明了两个峰值处的太赫兹波在石墨烯表面形成的表面等离子体共振模式不同,也表明了太赫兹波在基于石墨烯的反射式结构中的传输过程。通过研究改变石墨烯化学势对偏振转换特性的影响,表明结构的偏振转换特性是可调的。设计了一种偏振切换器,通过调节外加电压实现反射波偏振状态的切换。通过分析单元结构各参数对偏振转换特性的影响,为器件参数的进一步优化提供了参考。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 英汉缩略语表
• 符号表
• 第1章 绪论
•   1.1 太赫兹技术简介
•   1.2 太赫兹实验系统简介
•     1.2.1 太赫兹源与探测器
•     1.2.2 太赫兹测试系统
•   1.3 基于超表面的偏振转换技术研究进展
•   1.4 表面等离子体共振研究进展
•     1.4.1 金属表面等离子体研究
•     1.4.2 石墨烯表面等离子体共振研究
•   1.5 选题意义、研究内容与章节安排
•     1.5.1 选题意义
•     1.5.2 研究内容
•     1.5.3 章节安排
• 第2章 表面等离子体共振理论与石墨烯理论
•   2.1 表面等离子体共振基本理论
•     2.1.1 金属表面等离子体共振的基本理论
•     2.1.2 石墨烯表面等离子体共振的基本理论
•   2.2 石墨烯的基本理论
•   2.3 本章小结
• 第3章 基于金属超表面的太赫兹偏振转换器研究
•   3.1 基于双L形金属孔阵列的太赫兹反射式偏振转换器结构设计
•   3.2 基于双L形金属孔的反射式结构偏振转换原理研究
•   3.3 参数变化对偏振转换特性影响的仿真分析
•   3.4 双L形金属孔阵列与双L形金属条阵列的比较研究
•   3.5 基于双L形金属孔阵列的反射式结构的加工与测试
•     3.5.1 利用THz-TDS系统测试石英玻璃的复折射率
•     3.5.2 双L形金属孔阵列-介质-金属结构的样品加工
•     3.5.3 实验测试与结果分析
•   3.6 本章小结
• 第4章 基于石墨烯超表面的太赫兹偏振转换器研究
•   4.1 基于石墨烯孔的太赫兹反射式偏振转换器结构设计
•   4.2 基于石墨烯孔的太赫兹反射式偏振转换器原理研究
•   4.3 基于石墨烯孔的反射式结构的电调性研究
•   4.4 参数变化对偏振转换特性影响的仿真分析
•   4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 作者简历及在校期间取得的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 徐川善

导师: 杨冬晓

关键词: 太赫兹波,偏振转换器,超表面,金属,石墨烯,表面等离子体共振

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 浙江大学

分类号: O441.4

DOI: 10.27461/d.cnki.gzjdx.2019.000097

总页数: 90

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