基于向列相液晶的太赫兹波调制器的结构设计及其性能研究

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太赫兹波(THz)的频率处于电子学和光子学的交叉区域,特殊的频率位置使得太赫兹系统兼具电子学系统和光学系统的优点。太赫兹波在通讯、检测、成像等领域具有很强的应用前景。然而,技术成熟的太赫兹波调制器件却鲜有报道。尤其是大调制深度、低损耗的THz波调制器件发展缓慢,严重限制了THz探测系统以及通讯系统的实用化。THz调制器件的发展主要受限于THz功能材料以及THz波与调制器件相互作用的机理研究。本论文以高性能向列相液晶为研究对象,研究其与太赫兹波的相互作用机理;并基于向列相液晶为核心功能材料,对太赫兹调制器件进行了的结构优化设计、性能模拟仿真,以及原理器件的调制性能研究。通过引入有序参量来表征液晶的取向分布,结合液晶弹性理论,通过求解电场作用下的液晶动态响应方程,得出了液晶分子的取向分布。并利用Jones矩阵理论研究了分子取向分布对太赫兹波传播的影响,对作用在液晶上的电场对太赫兹波传播的调控进行了理论分析和数值模拟。采用旋涂法在高阻硅片上制备了不同厚度的PEDOT/PSS太赫兹透明电极,研究了PEDOT/PSS膜厚度,对太赫兹透过率的影响。设计了基于亚波长金属光栅的太赫兹透明偏振选择一体化电极,对其太赫兹透过性能、偏振选择性及双电极间的电势分布进行了模拟仿真。并通过光刻技术制备了金属银光栅-高阻硅结构的太赫兹透明电极,实验研究了其太赫兹波透过率及偏振选择性能。设计了二维周期性的超材料频率选择表面器件,数值模拟了其对太赫兹波的频率选择透过性能;并通过在结构中引入电光介质,模拟研究了器件的调制性能。制备了起偏-液晶-检偏结构的太赫兹调制器,研究了其对太赫兹的调制性能,实现了较好的调制效果。该结构调制器件在太赫兹成像检测系统中具有较好的应用前景。
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