亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)中的太赫茲波共振及其在成像中的應(yīng)用.pdf

1、近年來(lái),隨著太赫茲技術(shù)的發(fā)展,人們開(kāi)始將亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的研究從可見(jiàn)光和微波頻段向太赫茲擴(kuò)展。通過(guò)大量研究,人們發(fā)現(xiàn)太赫茲波在金屬亞波長(zhǎng)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(huì)導(dǎo)致許多共振現(xiàn)象的產(chǎn)生。然而,人們對(duì)太赫茲波與亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)作用的許多重要物理過(guò)程還不明確,例如:太赫茲波在亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)之間如何發(fā)生散射耦合,復(fù)雜亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)中會(huì)產(chǎn)生怎樣的電磁共振等。為了解決這些問(wèn)題,并發(fā)展出

2、與之相應(yīng)的新型太赫茲應(yīng)用,本論文使用實(shí)驗(yàn)和理論方法,對(duì)太赫茲波在亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)中的散射和共振進(jìn)行了系統(tǒng)而深入的研究。本論文的主要內(nèi)容如下:
　　(1)理論研究了太赫茲波在一維亞波長(zhǎng)金屬凹槽上的散射和共振特性。本論文通過(guò)考慮太赫茲波在凹槽中的二次散射,發(fā)展出了一種擴(kuò)展的波導(dǎo)模式法(extended waveguide mode: EWGM)。通過(guò)這個(gè)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(jié)構(gòu)中的散射特性及散射場(chǎng)間的耦合共振。

3、這里的研究方法和理論結(jié)果將有可能用于新型光柵、耦合器的分析和設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲波頻域和時(shí)域特性的控制。
　　(2)使用理論和實(shí)驗(yàn)方法對(duì)太赫茲波在金屬二維復(fù)合孔陣中激發(fā)的SSPs進(jìn)行了研究。本論文提出了一種大孔陣列和小孔陣列復(fù)合形成的結(jié)構(gòu),探討了其中SSPs與外場(chǎng)的耦合過(guò)程,并給出了太赫茲波通過(guò)該結(jié)構(gòu)的反常透射峰波長(zhǎng),發(fā)現(xiàn)復(fù)合結(jié)構(gòu)中小孔陣列的存在將導(dǎo)致透射峰紅移。在此基礎(chǔ)上,我們通過(guò)微波實(shí)驗(yàn)對(duì)復(fù)合圓孔陣列的透射峰紅移現(xiàn)象進(jìn)行了驗(yàn)證。

4、這項(xiàng)研究成果將有可能用于設(shè)計(jì)透射幅值無(wú)損的可調(diào)諧濾波器。
　　(3)使用理論和實(shí)驗(yàn)方法研究太赫茲波在介質(zhì)-金屬亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)陣列中激發(fā)的混合偽表面等離子體(hybrid spoof surface plasmons:HSSPs)。通過(guò)太赫茲時(shí)域光譜技術(shù),我們從實(shí)驗(yàn)上證明了太赫茲頻段也能存在HSSP模式,并且發(fā)現(xiàn)了低頻段HSSPs的共振頻率會(huì)隨著金屬亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)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(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行了解釋?；谶@些結(jié)論,我們可以利用HSSPs的特性設(shè)計(jì)出能對(duì)太赫茲波進(jìn)行頻域和空域控制的器件,比如可調(diào)諧吸收器和濾波器等。
　　(4)從應(yīng)用的角度出發(fā),探討了亞波長(zhǎng)金屬結(jié)構(gòu)陣列對(duì)太赫茲波成像質(zhì)量的提升作用。本論文提出了一種基于介質(zhì)-金屬亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)陣列的反射器件,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(duì)比度。我們對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行的理論分析表明:太赫茲波在上述亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)中激發(fā)起了