基于太赫兹超表面的异常折射光学特性研究

论文摘要

超表面是一种由亚波长单元结构按照一定规律排列而成的平面结构,满足广义斯涅耳定律,相比于传统光学元件可以有效减少结构的尺寸。超表面通过设计合适尺寸的谐振单元,可以实现在自然界中不存在的材料特性,比如负的介电常数、负的磁导率。超表面可以在亚波长范围内引入光学特性的突变,实现对传播光束的相位、振幅及偏振态等特性的控制,打破了传统光学器件对传播效应的依赖。太赫兹波介于红外与微波之间,相比常规的微波、红外、可见光波段,THz波在安检、通信、生物医学等领域有更大的应用前景。本文设计出了一种可以对光束实现异常折射的柔性的超表面,工作频率为4.3THz。首先,对超表面的异常折射的原理进行了研究,发现利用不同张角的V形谐振结构按照一定的周期顺序排列,其相位变化的覆盖范围为0-2π,可以对入射光进行有效的调控。其次,通过理论模拟和实验测量研究了其异常折射的特性,分别对TE和TM两种不同模式的光正入射时的特性进行了研究,证实其可产生正常折射的共偏振波和异常折射的交叉偏振波,且两种模式下的共偏振波和交叉偏振波的振动沿着不同的方向。最后,以TM模式光为研究对象,探究了超表面的异常折射稳定性,证实了小角度形变对异常折射几乎没有影响,能够实现光学的完美定向传播。本文的研究成果有助于超表面在天线辐射,偏振转换器,太赫兹通信等领域的应用。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题的研究背景及意义
•   1.2 太赫兹波的综述
•   1.3 超表面的研究现状
•   1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 超表面的相关理论
•   2.1 费马原理
•   2.2 惠更斯-菲涅耳原理
•   2.3 广义斯涅耳定律
•   2.4 V形天线的电磁辐射原理
• 第3章 异常折射超表面的设计
•   3.1 单元结构的设计
•   3.2 单元结构的仿真及结果分析
•   3.3 本章小结
• 第4章 超表面的制作及实验测量
•   4.1 超表面样品的制作方法
•     4.1.1 样品制作前的准备工作
•     4.1.2 光刻及RIE刻蚀
•   4.2 偏振转换的光学特性
•   4.3 结构形变对异常折射的影响
•   4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 谢焱强

导师: 沈云

关键词: 广义定律,超表面,异常折射

来源: 南昌大学

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: 南昌大学

分类号: O441.4

DOI: 10.27232/d.cnki.gnchu.2019.001661

总页数: 45

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