太赫兹波段金属亚波长微结构透射特性的研究

来源 :华南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:octaaug
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当前,金属亚波长周期性结构因其在左手材料方面的潜在应用价值吸引了广泛的目光。在本论文中,我们使用飞秒激光微加工技术在不锈钢薄膜上设计并制造了开口矩形谐振器结构。我们使用太赫兹时域光谱技术和时域有限差分的方法对所制造结构的透射特性进行研究,探讨共振模式对结构参数的依赖,试图找出异常透射的机理,并设法实现太赫兹波的局域和电场增强。我们的研究工作主要包括以下几个方面:  首先,我们基于LabVIEW设计编写了一套激光加工系统位移平台控制软件,从而实现采用电脑给定坐标的方式来控制激光加工系统位移平台的移动,实现实验样品加工的自动化和精准化,使设计加工复杂结构的样品成为可能。  其次,我们选用Drude模型进行时域有限差分模拟计算,研究了五种不同长宽比的开口矩形谐振器结构在太赫兹波段的透射特性和电场分布,采用形状共振和奇偶模式等理论对模拟的结构进行分析,从而有助于指导样品结构的设计,为实验测量分析提供有力的数据支撑。  再次,采用太赫兹时域光谱技术研究不锈钢亚波长周期性开口矩形谐振器结构的透射特性,通过透射光谱分析,总共在横电场和横磁场两个不同偏振方向的入射太赫兹波信号激励下发现三个等离子体共振模式。我们发现,这些等离子体共振模式只是与开口矩形谐振器结构的形状和总长有比较大的关系,而其受周期的影响非常小,实验上的这些发现与时域有限差分模拟计算发现的结果吻合得非常好。在这个基础上,我们进一步将研究重点放在v2=0.22 THz的共振模式,并发现通过保持开口矩形谐振器结构总长度和开口大小不变,增加其长宽比的方法,可以实现太赫兹波电场的局域和电场增强。从而可以实现太赫兹波在波长十分之一尺寸上的局域,得到很窄的共振模式,Q值大于20,电场放大倍数超过100。  最后,我们提出振荡边的概念,认为其对开口矩形谐振器结构的共振模式起着至关重要的作用。根据形状共振的理论,我们还提出可以通过减小垂直方向周期的方法来提高共振模式的透过率,并使用时域有限差分模拟计算进行验证。  我们认为,在本论文中的研究成果对今后其它左手材料的研究将会有所帮助,我们所设计的U型谐振器结构在传感器、滤波器或者其它光学器件的设计上可以得到应用。
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