【摘 要】
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太赫兹波凭借在电磁波谱中的特殊位置以及独特的性质,引起了研究人员的广泛关注。由于自然材料大多对太赫兹波没有明显响应,太赫兹波的操控手段相对匮乏。超表面可实现对电磁波偏振、相位、振幅等物理属性的有效操控,能有效弥补太赫兹功能器件的空白。相比传统的静态超表面,主动控制超表面能够实现电磁波的动态操控,逐渐成为研究热点,本论文针对其中的主动式波前控制超表面进行研究。之前的相关超表面通过引入可调控的功能材料
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太赫兹波凭借在电磁波谱中的特殊位置以及独特的性质,引起了研究人员的广泛关注。由于自然材料大多对太赫兹波没有明显响应,太赫兹波的操控手段相对匮乏。超表面可实现对电磁波偏振、相位、振幅等物理属性的有效操控,能有效弥补太赫兹功能器件的空白。相比传统的静态超表面,主动控制超表面能够实现电磁波的动态操控,逐渐成为研究热点,本论文针对其中的主动式波前控制超表面进行研究。之前的相关超表面通过引入可调控的功能材料来实现对太赫兹波前的动态调控,但大多局限于对波前振幅的整体调控。本文采用悬浮的反射型介质结构作为基本操控单元,通过改变反射面和介质结构的间距来自由控制单元表现出的相位。这种方法提供了一种高效的主动调控太赫兹波前的新思路。具体研究内容包括:1.设计了一种将矩形硅柱悬浮在金属反射面上的单元结构,仿真模拟了矩形硅柱的物理尺寸和硅柱与金属反射面构成的法布里珀罗腔对反射系数的贡献。在某尺寸矩形硅柱的谐振频率处观测到了符合Mie型电磁偶极子谐振特征的电磁场分布,采用干涉模型来解释单元结构的反射是由硅柱激发的Mie谐振和法布里珀罗腔共同作用的结果,验证了通过改变硅柱和金属平面的间距来主动控制波前的可行性。2.设计并仿真验证了两类基于上述单元结构的太赫兹主动波前调控器件,包括角度可切换的太赫兹异常偏折器和焦距可切换的太赫兹超透镜。通过改变硅柱和金属反射面的间距来实现高效且可切换的光束偏折和聚焦,并讨论了两种可切换状态的中间态。3.将上述单元结构和光的偏振相结合,设计并仿真验证了一类偏振依赖的太赫兹波前连续调控器件。通过在一定范围内连续改变硅柱和金属反射面的间距,来实现在x偏振高斯光束入射下反射光偏折角度的连续变化,在y偏振平面波入射下反射光聚焦位置的连续变化。
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