本文關(guān)鍵詞：基于金屬表面等離子激元的太赫茲波段功能器件研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著太赫茲波源與探測器技術(shù)的成熟,太赫茲波段的技術(shù)應(yīng)用正在飛速發(fā)展。太赫茲波功能器件的研究對于推動太赫茲波段技術(shù)應(yīng)用有積極意義。金屬表面等離子激元可以在與入射波波矢平行的方向上突破電磁波衍射極限,將太赫茲波束縛在亞波長尺寸上傳播,或者產(chǎn)生透射增強效應(yīng),使特定頻率范圍內(nèi)的太赫茲波透過亞波長周期陣列結(jié)構(gòu),利用太赫茲表面等離子激元的波導(dǎo)效應(yīng)與增強透射效應(yīng),可以促進(jìn)太赫茲波段功能器件的研究與發(fā)展。根據(jù)表面等離子振蕩的連續(xù)性差異,表面等離子激元可以分為傳播性的表面等離子激元和局域性的表面等離子激元兩種。二者各自具有不同的性質(zhì)。本文基于對于兩種表面等離子激元不同特性的研究,設(shè)計并研究了若干太赫茲波段功能器件,并通過實驗驗證了數(shù)值仿真分析的結(jié)果：(1)理論分析了金屬膜上刻蝕有亞波長空氣環(huán)陣列的“金屬-介質(zhì)-金屬”結(jié)構(gòu)的透射特性,對透射譜中兩個窄帶諧振峰的耦合模式進(jìn)行了深入分析,利用局域性表面等離子體特性設(shè)計了窄帶濾波器,利用傳播性表面等離子體特性設(shè)計了窄帶偏振器。通過優(yōu)化仿真參數(shù),確定了優(yōu)設(shè)計方案,并結(jié)合現(xiàn)有測試設(shè)備制作了樣品,測試得到的窄帶濾波效應(yīng)和偏振特性與仿真結(jié)果一致。(2)基于對“金屬-介質(zhì)-金屬”透射特性的分析,計了七層太赫茲調(diào)制器方案,利用傳播性表面等離子體耦合與金屬外側(cè)介質(zhì)介電常數(shù)相關(guān)的特性,通過改變外側(cè)介質(zhì)介電常數(shù)實現(xiàn)了對窄帶諧振峰中心頻率的調(diào)制。試制了實驗樣品,通過實驗初步驗證了該方案的可行性。(3)基于表面刻蝕有亞波長周期結(jié)構(gòu)金屬的太赫茲表面等離子波特性,設(shè)計并制作了雙層平行亞波長周期刻蝕金屬板結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)相較于單層結(jié)構(gòu),具有較好的低通特性,并且在表面波模式與波導(dǎo)模式之間有一能帶間隙,可設(shè)計制作太赫茲帶阻濾波器。改變兩板間的距離可調(diào)節(jié)濾波器阻帶特性。結(jié)合利用傾斜平板耦合器件,制作了帶阻濾波器樣品,阻帶特性測試結(jié)果與仿真結(jié)果一致。(4)利用局域性表面波橫模與縱模的電場方向垂直的特性,結(jié)合傳播性表面等離子激元與局域性表面等離子激元的相互耦合,設(shè)計了十字型太赫茲分束器。通過波場分析,使用電子云模型解釋了傳播性表面等離子與局域性表面等離子激元相互轉(zhuǎn)換過程,及其在太赫茲波分束過程中的作用。該分束器設(shè)計可以在較寬頻段內(nèi)實現(xiàn)在不改變?nèi)肷洳ü鈱W(xué)特性的情況下的分束。
【關(guān)鍵詞】：太赫茲 亞波長周期陣列 透射增強現(xiàn)象 傳播性表面等離子激元 局域性表面等離子激元 窄帶濾波器 偏振器 調(diào)制器 帶阻濾波器 分束器
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN25;O539
【目錄】：

• 致謝6-7
• 摘要7-9
• Abstract9-18
• 英漢縮略語表18-19
• 符號表19-20
• 1 緒論20-37
• 1.1 太赫茲波簡介20-22
• 1.2 太赫茲波應(yīng)用簡介22-26
• 1.2.1 太赫茲波源22-23
• 1.2.2 太赫茲波探測器23
• 1.2.3 太赫茲實驗測試系統(tǒng)簡介23-25
• 1.2.4 太赫茲波段功能器件研究進(jìn)展25-26
• 1.3 太赫茲表面等離子激元簡介及其功能器件研究進(jìn)展26-34
• 1.3.1 金屬亞波長周期性結(jié)構(gòu)的電磁波透射研究進(jìn)展27-29
• 1.3.2 波導(dǎo)型表面等離子功能器件研究進(jìn)展29-31
• 1.3.3 LSP研究進(jìn)展31-33
• 1.3.4 太赫茲耦合結(jié)構(gòu)33-34
• 1.4 選題意義、研究內(nèi)容、創(chuàng)新點與章節(jié)安排34-37
• 1.4.1 選題意義34
• 1.4.2 研究內(nèi)容與創(chuàng)新點34-35
• 1.4.3 章節(jié)安排35-37
• 2 太赫茲表面等離子激元基礎(chǔ)37-49
• 2.1 太赫茲波段的金屬介電常數(shù)37-38
• 2.2 PSP理論基礎(chǔ)38-43
• 2.2.1 真空中的平面波38-39
• 2.2.2 光滑金屬表面的PSP39-41
• 2.2.3 金屬一維周期性結(jié)構(gòu)表面的PSP41-43
• 2.3 LSP理論基礎(chǔ)43-46
• 2.4 數(shù)值計算方法與仿真軟件46-47
• 2.4.1 時域有限差分法軟件46-47
• 2.4.2 有限元法軟件47
• 2.5 本章小結(jié)47-49
• 3 基于表面波透射增強現(xiàn)象的太赫茲波功能器件研究49-77
• 3.1 雙層環(huán)狀亞波長陣列結(jié)構(gòu)的太赫茲波透射增強現(xiàn)象初步分析49-56
• 3.2 基于亞波長陣列結(jié)構(gòu)的窄帶濾波器及偏振器件設(shè)計與實驗56-69
• 3.2.1 幾何參數(shù)對窄帶濾波器影響的仿真分析及窄帶濾波器設(shè)計56-60
• 3.2.2 非對稱周期MDM結(jié)構(gòu)的設(shè)計與實驗60-67
• 3.2.3 窄帶偏振器的優(yōu)化設(shè)計67-69
• 3.3 多層介質(zhì)金屬混合結(jié)構(gòu)研究及太赫茲調(diào)制器仿真設(shè)計與初步實驗驗證69-76
• 3.4 本章小結(jié)76-77
• 4 波導(dǎo)型表面等離子功能器件的設(shè)計77-100
• 4.1 平行周期性刻蝕金屬板結(jié)構(gòu)傳輸特性研究及其應(yīng)用77-92
• 4.1.1 平行周期性刻蝕金屬板結(jié)構(gòu)透射特性仿真分析77-83
• 4.1.2 太赫茲耦合結(jié)構(gòu)83-85
• 4.1.3 基于平行周期性刻蝕金屬板結(jié)構(gòu)透射特性的太赫茲帶阻濾波器實驗與分析85-90
• 4.1.4 誤差分析90-92
• 4.2 十字形周期性刻蝕金屬結(jié)構(gòu)透射特性分析及太赫茲分束器設(shè)計92-99
• 4.2.1 分束器的設(shè)計與透射特性仿真分析92-98
• 4.2.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)對分束器特性影響分析98-99
• 4.3 本章小結(jié)99-100
• 5 結(jié)論與展望100-102
• 參考文獻(xiàn)102-110
• 作者簡歷及在學(xué)期間所取得的科研成果110

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本文編號：361618