亞波長結構中的太赫茲波共振及其在成像中的應用.pdf

1、近年來,隨著太赫茲技術的發(fā)展,人們開始將亞波長結構的研究從可見光和微波頻段向太赫茲擴展。通過大量研究,人們發(fā)現太赫茲波在金屬亞波長孔陣中能激發(fā)起一種偽表面等離子體(spoof surface plasmons: SSPs),這種束縛模式會導致許多共振現象的產生。然而,人們對太赫茲波與亞波長結構作用的許多重要物理過程還不明確,例如:太赫茲波在亞波長結構之間如何發(fā)生散射耦合,復雜亞波長結構中會產生怎樣的電磁共振等。為了解決這些問題,并發(fā)展出

2、與之相應的新型太赫茲應用,本論文使用實驗和理論方法,對太赫茲波在亞波長結構中的散射和共振進行了系統而深入的研究。本論文的主要內容如下:
　　(1)理論研究了太赫茲波在一維亞波長金屬凹槽上的散射和共振特性。本論文通過考慮太赫茲波在凹槽中的二次散射,發(fā)展出了一種擴展的波導模式法(extended waveguide mode: EWGM)。通過這個方法,我們研究了連續(xù)太赫茲波和脈沖太赫茲波在雙凹槽結構中的散射特性及散射場間的耦合共振。

3、這里的研究方法和理論結果將有可能用于新型光柵、耦合器的分析和設計,實現對太赫茲波頻域和時域特性的控制。
　　(2)使用理論和實驗方法對太赫茲波在金屬二維復合孔陣中激發(fā)的SSPs進行了研究。本論文提出了一種大孔陣列和小孔陣列復合形成的結構,探討了其中SSPs與外場的耦合過程,并給出了太赫茲波通過該結構的反常透射峰波長,發(fā)現復合結構中小孔陣列的存在將導致透射峰紅移。在此基礎上,我們通過微波實驗對復合圓孔陣列的透射峰紅移現象進行了驗證。

4、這項研究成果將有可能用于設計透射幅值無損的可調諧濾波器。
　　(3)使用理論和實驗方法研究太赫茲波在介質-金屬亞波長結構陣列中激發(fā)的混合偽表面等離子體(hybrid spoof surface plasmons:HSSPs)。通過太赫茲時域光譜技術,我們從實驗上證明了太赫茲頻段也能存在HSSP模式,并且發(fā)現了低頻段HSSPs的共振頻率會隨著金屬亞波長結構填充率的增大而發(fā)生紅移。在理論上,本論文使用等效偶極子方法建立了解析的HSSP

5、共振模型,并以此對實驗現象進行了解釋?；谶@些結論,我們可以利用HSSPs的特性設計出能對太赫茲波進行頻域和空域控制的器件,比如可調諧吸收器和濾波器等。
　　(4)從應用的角度出發(fā),探討了亞波長金屬結構陣列對太赫茲波成像質量的提升作用。本論文提出了一種基于介質-金屬亞波長結構陣列的反射器件,并通過實驗證明了該器件能提高其共振頻率處太赫茲波平面成像的分辨率和對比度。我們對實驗結果進行的理論分析表明:太赫茲波在上述亞波長結構中激發(fā)起了