基于金屬表面等離子激元的太赫茲波段功能器件研究.pdf

1、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

2、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

3、振器。通過優(yōu)化仿真參數(shù)，確定了優(yōu)化設(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

4、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。