太赫兹非对称传输器件的研究

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光电导天线、量子阱光电探测器等太赫兹源和探测器的出现,极大地促进了太赫兹技术的发展。近年来,太赫兹技术已经被广泛应用于生物医学、无损检测、环境监测、安全检查、无线通信等诸多领域。电磁波沿正反两个方向入射到器件上时表现出不同传输特性的现象被称为非对称传输(Asymmetric Transmission,AT),具有此现象的器件被称之为非对称传输器件。太赫兹非对称传输器件是一种重要的太赫兹功能器件,具有类二极管功能,可以用于环形器、极化转换器等器件中,在太赫兹系统中有着重要的应用价值。首先,论文论述了琼斯矩阵和电磁波非对称传输的实现条件,阐述了基于结构不对称性和极化转换方向相关性两种实现太赫兹非对称传输的方法。然后,基于上述方法设计了双层双L型、双L-条带组合型、双L-开口矩形环型、单光栅型和双光栅型等五款太赫兹非对称传输器件。其中,第一款为双层双L型器件,其x极化波非对称传输参数(Asymmetric Transmission Parameter,符号为△,即正向透射率和反向透射率之差)大于0.60的带宽为0.25THz,大于0.80的带宽为0.17THz。对该款双层双L型器件圆极化波非对称传输性能进行改进,改进后x极化波非对称传输参数大于0.50的带宽为0.16THz,左旋圆极化波非对称传输参数大于0.30的带宽为0.21THz。第二款器件为双L-条带组合型结构,其x极化波非对称传输参数大于0.60的带宽为0.31THz,与第一款器件相比,工作带宽有明显提升。第三款器件为双L-开口矩形环型结构,其x极化波非对称传输参数大于0.60的带宽为0.56THz。第四款器件为单光栅型结构,其y极化波非对称传输参数大于0.60的带宽为0.62THz,极化转换率(Polarization Conversion Rate,PCR)大于0.98的带宽为1.05THz。第五款为双光栅型结构的非对称传输器件,其y极化波非对称传输参数大于0.80的带宽为1.36THz,PCR大于0.99的带宽为1.77THz。最后对双L-开口矩形环型太赫兹非对称传输器件进行加工测试,对比分析测试结果和仿真结果。综上所述,本论文设计的太赫兹非对称传输器件在宽带范围内性能良好,在方向相关的极化转换、极化敏感的传感和成像技术等领域中有重要的潜在应用价值。
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