基于超表面的太赫兹偏振转换技术研究

发布时间：2020-08-11 12:53

【摘要】：随着太赫兹技术的快速发展,太赫兹源和探测技术逐渐成熟,而太赫兹波段的功能器件及相关技术发展缓慢。本文主要研究了分别基于金属超表面和石墨烯超表面的太赫兹偏振转换器的偏振转换特性及其原理。设计并实测了 一种基于金属超表面的太赫兹反射式偏振转换器,由带双L形孔阵列的金属膜-介质-完整金属膜三层结构组成。结构的反射谱中出现了偏振转换曲线,曲线在频率为0.279THz和0.332THz处形成峰值,反射率分别为88.9%和69.7%,偏转转换率分别为99.7%和95.6%。金属膜的表面电流分布特点,表明介质中存在磁共振,从而感应出垂直于入射波偏振方向的电场。通过对电场分布特点的分析,表明了太赫兹波在L形金属孔边缘激发出表面等离子体共振以及在反射式结构中的传播过程。通过对入射波电场进行矢量分解,比较各自的反射谱和电场分布,表明了偏振转换原理。通过改变结构参数,研究了各参数对偏振转换特性的影响。电场分布图表明金属孔与金属条结构具有不同的物理机制。最后加工出所设计的太赫兹反射式偏振转换器样品,利用太赫兹返波管系统搭建反射式测试光路对样品进行了单频点测试,实验结果表明器件可以实现61.9%的偏振转换率。设计了一种基于石墨烯超表面的太赫兹反射式偏振转换器,由带孔阵列的单层石墨烯-介质-完整金属三层结构组成。结构的反射谱中出现了偏振转换曲线,曲线在2.65 THz和3.58 THz处形成峰值,反射率分别为66.4%和56.0%,偏振转换率分别为96.6%和89.9%。垂直于石墨烯表面方向的电场分布特点,表明了两个峰值处的太赫兹波在石墨烯表面形成的表面等离子体共振模式不同,也表明了太赫兹波在基于石墨烯的反射式结构中的传输过程。通过研究改变石墨烯化学势对偏振转换特性的影响,表明结构的偏振转换特性是可调的。设计了一种偏振切换器,通过调节外加电压实现反射波偏振状态的切换。通过分析单元结构各参数对偏振转换特性的影响,为器件参数的进一步优化提供了参考。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O441.4
【图文】：

１．１太赫兹技术筒介逡逑太赫兹（Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ，ＴＨｚ）辐射是一种具有特殊电磁特性的电磁波，在电磁波逡逑谱中位于微波和红外之间，如图１．１所示。太赫兹波的频率区间在Ｏ．ｌＴＨｚ到１０逡逑ＴＨｚ之间，波长区间为３邋ｍｍ到３０邋ｐｍ。由于太赫兹波在高低频段分别与红外线逡逑和微波部分重合，因此分别又被称为远红外线和毫米波或亚毫米波。所以太赫兹逡逑领域的研究衔接了光子学和电子学。逡逑１逦１逦ｉ邋１逦１逦２逦ｉ－逦＞■逡逑ｉｓ逦Ｉ逦Ｅ邋ｒ逦ｒ逦ｆ邋ｒ邋ｊ邋ｒ邋ｉ邋ｓ－邋ｆ邋ｒ逦ｊ逦｜逦ｌ，逦ｉ逦＝逦＝逦ｉ逡逑ｉ＇ｉ逦ｉ逦ｌｉ逦ｉ逦Ｉ＇ｌｌｆｉｉｌｉ逦ｉ逦ｌ逦ｉｉ逦Ｉ逦１逦Ｉ逦ａ逡逑■ＨＨ逦ＨＩＨＩ邋ＨＵＢ邋．邋ＨＨＨＩ－邋－１邋Ｈｉ邋＾邋＿＿＿＿＿＿逡逑ＶＬＦ逦ＬＦ逦ＭＦ逦ＨＦ逦＼ＨＦ邋ｔ邋ＨＦ邋ＳＨＦ邋ＥＨＦ逦ＦＩＲ逦ＭＩＲ逦ＭＲ邋Ｌ逦ＩＴ逦Ｘ－ｒａｙ逦ｙ－ｒｍｘ逦Ｃ－ｒａｙ逡逑Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ逦Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ逡逑ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ，逡逑３ｋ邋３０ｋ逦３００Ｋ邋３Ｍ邋３０Ｍ邋３００Ｍ邋３Ｇ邋３０Ｇ逦３００Ｇ邋３Ｔ邋３０Ｔ逦３００Ｔ邋３Ｐ邋３０Ｐ逦３００Ｐ邋３Ｅ邋３０Ｅ逦３００Ｅ邋３Ｚ邋３０２逡逑Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋（Ｈｚ）．邋Ｉｋ邋（ｋｉｌｏ）邋－邋１０５．邋ＩＭ邋（Ｍｅｇａ）邋－邋１０ｓ．邋１Ｇ邋（Ｇｉｇａ）邋－邋１０５

（Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ邋Ｔｉｍｅ－Ｄｏｍａｉｎ邋Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，邋ＴＨｚ－ＴＤＳ）系统，太赫兹返波管（Ｂａｃｋｗａｒｄ逡逑Ｗａｖｅ邋Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ，邋ＢＷＯ）系统，下面详细介绍。逡逑首先介绍太赫兹时域光谱系统。如图１．３所示，周期一定的飞秒激光器发出逡逑脉冲激光，经过分束镜分成两束进入两条光路。其中一束到徸太赫兹源，称为泵逡逑浦束。另一束透过样品到达探测器，称为探测束。泵浦束通过光导电天线产生太逡逑赫兹频段脉冲，其产生原理如图１．４所示。逡逑飞秒脉冲逡逑－ｉ－逦１逦、、逦／邋探测束光５射销逡逑飞秒激光器逦岤Ｉ：邋ｔ邋Ｍ逦—飞秒激光光路逡逑：＇逦｜￣７丨逦—太赫兹脉冲光路逡逑＾＋－４１逦ｌ邋ｌｌ＜￡？－！逡逑太赫兹源Ｉ逦■逦■鞋片电光沃拉逦＼逡逑Ｊ逦｜逦Ｌ邋！逦晶体斯顿逦Ｉ逡逑■逦Ｉ逦ｍ邋ｌ逦逦逡逑实验样品逦太赫

本文编号：2789092