THz波段亞波長金屬光柵的偏振特性和慢光效應(yīng)研究.pdf

1、本文主要在理論上研究了THz波段亞波長金屬光柵的偏振特性和慢光效應(yīng),實驗上使用全息光刻方法成功制作亞波長Al金屬光柵偏振器,并對其偏振性能進行了測試。論文的主要工作如下:
　　首先,研究THz波段亞波長金屬光柵的偏振特性。利用等效介質(zhì)理論定性的分析了光柵的偏振特性,在TM偏振入射時光柵等效于一層電介質(zhì)層,在TE偏振入射時等效于一層金屬膜。使用RCWA方法嚴格分析了光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)、光柵材料、基底材料和介質(zhì)層對金屬光柵偏振特性的影響,得

2、到了較好的結(jié)構(gòu)參數(shù)。當以SiO2為基底的亞波長Al金屬光柵的周期為2μm、深度為2μm、占空比為0.4時,它在1-10THz頻段的TM透射率達到了82％,消光比達到了62dB,偏振性能遠遠高于傳統(tǒng)偏振器件。在此基礎(chǔ)上設(shè)計了一種雙層Al金屬光柵,它在1-10THz頻段有著不錯的TM透射率,而消光比相比單層金屬光柵提高很多達到了132dB。
　　接著,在實驗上搭設(shè)雙光束干涉光路,使用全息光刻方法成功制作了亞波長Al金屬光柵,使用光學顯

3、微鏡和原子力顯微鏡對其進行表征,光柵的周期為1.85μm,厚度為120nm,占空比約為0.5。并使用THz激光器搭設(shè)測試光路,對光柵偏振性能進行了測試,得到垂直入射時不同偏振角度下的透射率,與理論模擬符合較好,表明所制作的亞波長Al金屬光柵在THz波段有著不錯的偏振性能。
　　最后,研究THz波段亞波長金屬光柵表面等離子體慢光效應(yīng)。首先,通過在光柵槽里完全填充介質(zhì)降低了光柵偽表面等離子體(SpoofSPPs)的色散曲線,使用FDT

4、D模擬了完全填充Si介質(zhì)時光柵的慢光效應(yīng),獲得了群速度僅為0.035c(c是真空中的光速)的光傳輸過程。接著,在光柵槽里填充一定厚度的介質(zhì),隨著厚度的增大SpoofSPPs色散曲線降低,對應(yīng)的截止頻率減小,在完全填充時達到最小。計算了填充不同厚度Si介質(zhì)時金屬光柵的場衰減長度和傳播長度,當填充厚度增大場衰減長度減小,光柵表面對光的約束作用增強,考慮實際金屬為Al時其損耗很大,傳播長度減小。利用填充介質(zhì)厚度對色散關(guān)系的影響,設(shè)計一種Si介

5、質(zhì)填充厚度漸變光柵,實現(xiàn)了寬頻段的慢光效應(yīng)。然后,研究得到在完全填充介質(zhì)的光柵上,添加不同厚度的介質(zhì)膜也會影響SpoofSPPs色散關(guān)系,隨著厚度的增大色散曲線下降,光柵表面對光的約束增強,場衰減距離和傳播長度也都相應(yīng)減小。利用介質(zhì)膜厚度的影響設(shè)計了一種表面介質(zhì)膜厚度漸變光柵,在THz波段實現(xiàn)了“rainbowtrapping”。最后,簡單介紹了無基底金屬光柵的慢光效應(yīng),基于慢光效應(yīng)的研究思路設(shè)計了一種多層金屬光柵,它在THz波段有著不