人工结构表面等离子体激元太赫兹波分器的研究

论文摘要

太赫兹辐射是0.110THz的电磁辐射,波长在0.03mm3mm范围。从19世纪后期太赫兹波段正式命名之后,涉及太赫兹波段的研究结果和数据却非常稀少,随着新技术和新材料的突破,有效太赫兹辐射源和探测器的相继问世,太赫兹技术的研究和应用才有了较快发展,在民用和军事领域有着极好的应用前景。表面等离子体激元（Surface Plasmon Polaritons,SPPs）是当电磁波入射到金属与电介质分界面时,金属表面的自由电子发生集体振荡,电磁波与金属表面自由电子耦合而形成的一种沿着金属表面传播的电磁波。SPPs沿着表面传播,由于金属中欧姆热效应,它们将逐渐耗尽能量,只能传播到有限的距离。只有当结构尺寸可以与SPPs传播距离相比拟时,SPPs特性和效应才会显露出来。表面等离激元能够突破衍射极限,并具有很强的局域场增强特点,可以实现纳米尺度的光信息传输与处理。本文提出了一种双层矩形开槽的等离子体波导结构。该双层结构相比传统单层的等离子体波导结构的色散曲线更加偏离光速线,意味着双层单元结构对于电磁波有着更强的束缚性。研究以此双层单元结构为基础的传输线的传输特性,结论是S21参数在频率0.2-0.4THz这样的宽频带范围内超过-1dB,体现了此传输线在太赫兹频段优秀的传输特性。在此基础上,我们又提出了双层人工微结构波分器,该波分结构在0.2THz-1THz范围内反射系数均小于-10dB,在0.25THz-0.45THz频率范围内,传输系数接近-5dB,可实现良好平均波分效果。将波分器结构放大100倍,仿真结果显示,S11在4GHz-8.5GHz范围小于-10dB,器件输入端反射较小;S21和S31参数在2-10GHz范围内贴近-3dB线并大于-5dB,并且重合,体现了良好的波分效果。最后将提出的波分器用软件绘制加工图,进行器件实物加工,并利用矢量网络分析仪完成了传输参数测试与分析。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 太赫兹波的特点与太赫兹技术的应用
•   1.2 太赫兹功能器件的介绍
•   1.3 表面等离子体激元的概述
•   1.4 论文的主要安排
•     1.4.1 选题意义
•     1.4.2 研究内容
•     1.4.3 本论文的结构安排
• 第二章 表面等离子体激元的相关理论
•   2.1 金属的Drude模型
•   2.2 表面等离子体激元的色散曲线以及特征尺寸
•     2.2.1 色散方程
•     2.2.2 SPPs的特征长度
•   2.3 本章小结
• 第三章 双层表面等离子体激元太赫兹波分器研究
•   3.1 双层结构人工表面等离子体激元太赫兹传输研究
•     3.1.1 双层开槽结构的色散曲线
•     3.1.2 双层金属薄膜导波结构的功率流与电磁波传播长度分析
•     3.1.3 双层波导结构的输入输出耦合结构研究
•   3.2 双层结构人工表面等离子体激元太赫兹波分器研究
•   3.3 空心单元双层结构传输研究
•     3.3.1 双层金属薄膜空心单元结构的色散分析
•     3.3.2 双层空心单元的功率流与传播长度分析
•   3.4 本章小结
• 第四章 人工结构表面等离子体激元波分器的实验研究
•   4.1 波分器样品制作
•   4.2 样品测试与结果分析
•   4.3 本章小结
• 第五章 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 黄倢彪

导师: 钟任斌

关键词: 太赫兹,波分器,周期性阵列

来源: 电子科技大学

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: 电子科技大学

分类号: O441.4

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