亞波長金屬微結構對太赫茲波偏振調制作用的研究.pdf

1、太赫茲波(THz)是頻率在0.1～10THz之間的電磁波。太赫茲技術是電子和信息領域的重要科研議題，是連接電子學與光子學的橋梁，在通信、醫(yī)療、國防、航天等領域有著巨大的應用前景，已成為當今的研究熱潮。太赫茲的應用離不開相位的調制，而傳統起偏器、波片等相位調制器件在材料、結構、調制效率、能量損耗方面各有各的不足。隨著微納加工技術和微納光子學的不斷發(fā)展，人們利用金屬微結構調制太赫茲波的偏振。各類形狀不一、繁簡各異的非對稱金屬結構被用于制作太

2、赫茲偏振調制器件。
　　本論文利用計算機FDTD模擬仿真和相關理論，研究了太赫茲波段金屬亞波長微結構陣列的光學性質，分析不同情況下這些結構對太赫茲波的偏振響應和相位調制情況，設計出了不同的偏振調制器件。主要內容包括:
　　1，在考察了THz波段金屬光學性質并確認計算機FDTD仿真模擬的可靠性之后，分析了單層金屬矩形孔陣列對不同方向偏振光的透射性質，證明矩形波導的TE1,0模式導致了超常透射峰(EOT)，即Cut-off Pe

3、ak。
　　2，兩個相互垂直的矩形孔陣列組成T字形孔陣列，尋找到合適的結構參數，使兩個矩形孔在同一頻率下分別支持TE1,0波導模式和FP共振，且兩者之間有特定的相位差。模式疊加得到的1/2波片使45°偏振的THz波發(fā)生90°的偏振方向旋轉。隨后用兩矩形孔垂直交疊組成L形孔陣列，則原矩形孔中的TE1,0模式的不同疊加產生兩種波導模式:對稱模式和反對稱模式。這兩種模式有著不同的截止頻率和有效折射率。對稱和反對稱模式同時發(fā)生使線偏振光變

4、成橢圓偏振光。
　　3，在兩層L孔陣列金屬層中加入空氣夾層以引入FP共振，則對稱和反對稱模式與FP共振的同時發(fā)生導致了雙層金屬L孔陣的多個透射峰的出現。特別地，3THz處同時發(fā)生對稱模式和FP共振，兩模式耦合使x軸方向偏振光轉換為y方向偏振光，轉換效率和透射效率都接近100％。此外，空氣夾層厚度的改變使FP共振與波導模式相互耦合，導致FP共振峰的分裂，即Anticrossing behavior。
　　4，對稱和反對稱模式有

5、著不同的有效折射率以及不同的截止頻率fc1和fc2。單層L孔陣列所在的金屬層厚度較大時，±45°偏振的入射波分別在fc1和fc2截止。當fc1＜f＜fc2時，該厚L孔結構是高效的起偏器，起偏角在45°角方向，任意偏振態(tài)的入射波的45°分量可以透過而-45°分量被完全截止。當f＞fc2時，該結構具有了人工雙折射特性，它的△n是普通THz波段石英雙折射晶體的10倍，由此可以用它做成厚度只有傳統THz石英波片1/10的1/2或者1/4波片，使