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THz波段微结构金属光栅传输特性的理论与实验研究

作　者: 梁东
导　师: 邢岐荣
学　校: 天津大学
专　业: 光电子技术
关键词: THz波 THz时域光谱技术微结构金属光栅奇异介质表面束缚态透射增强自聚焦
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 287次
引　用: 2次
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内容摘要

随着THz产生和探测技术的发展,设计和制作THz波段的传输和控制器件变得越来越迫切。本文提出了THz波段的很有潜力的候选传输器件——THz波段微结构金属光栅,并对其性质进行了创新性的理论和实验研究。本文先从基本电磁理论出发,应用弗洛奎—布洛赫定理和表面波阻抗匹配边界条件,在电磁波以p偏振态入射的情况下,将麦克斯韦方程用于求解微结构金属光栅各个空间场分布的解析表达式。进一步将微结构金属光栅等效成F-P标准具,并求出了光栅上下表面的透射和反射系数。在近周期波段(入射波长与光栅周期相近)和长波段(入射波长远大于光栅周期)分别分析了金属光栅的性质。在近周期波段,光栅表现出著名的Wood反常现象。在长波段,从理论上论证了亚波长金属光栅可以等效为具有均匀等效折射率的奇异介质(Metamaterials)平板,并且在其表面支持类表面等离激元极化波(SPPs),这种被束缚的表面波使得亚波长光栅表现出了增强的透射效应。另外,本文还首次从理论上论证了周期不变、缝宽啁啾变化的亚波长微结构金属光栅具有自聚焦效应。实验上,我们利用基于ZnTe的THz时域光谱系统考察了自己制作的微结构金属光栅在p偏振THz波垂直入射时的一次非共振透射特性。测得的透射曲线与理论上按照正态分布的非均匀光栅周期所对应的透过率相符。同时,我们还测量了当光栅样品绕THz波入射方向旋转时的透射率,理论上从电场矢量投影关系结合晶体的偏振相关探测特性成功解释了所得到的透射现象。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-10
  1.1 引言  7-8
  1.2 本论文的主要工作及创新点  8-10
第二章 THz 波产生与探测  10-23
  2.1 THz 电磁波简介  10-11
  2.2 THz 电磁波的应用  11-13
  2.3 THz 电磁波的发展和展望  13-14
  2.4 基于ZnTe 光整流的THz 波产生机理  14-18
    2.4.1 光整流基本概念  14-15
    2.4.2 光学整流产生THz 波与泵浦光偏振角度依赖关系  15-18
  2.5 基于ZnTe 的THz 波电光探测  18-21
    2.5.1 电光探测基本原理  18
    2.5.2 THz 波电光探测的偏振依赖关系  18-21
  2.6 THz 时域光谱系统(THz-TDS)  21-23
第三章 THz 波段微结构金属光栅传输特性的理论研究  23-34
  3.1 金属表面的阻抗边界条件  23-26
  3.2 矢量模式展开法求解微结构光栅各区域的场分布  26-29
  3.3 F-P 标准具简化等效理论  29-31
  3.4 入射波长接近光栅周期(近周期波段)时的一次透过率分析  31-33
  3.5 本章小结  33-34
第四章亚波长微结构金属光栅——一种新型奇异介质  34-50
  4.1 奇异介质(Metamaterials)  34-36
    4.1.1 奇异介质的概念  34-35
    4.1.2 奇异介质的分类  35-36
  4.2 表面等离激元极化波(SPPs)  36-40
    4.2.1 表面等离激元极化波的偏振和色散特性  37-39
    4.2.2 表面等离激元极化波的激发  39-40
  4.3 亚波长微结构金属光栅等效波阻抗  40-42
  4.4 亚波长微结构金属光栅表面的类SPPs 模式  42-43
  4.5 亚波长微结构金属光栅的透射增强效应  43-44
  4.6 亚波长微结构金属光栅的相位特性  44-47
  4.7 缝宽啁啾变化的亚波长微结构光栅的自聚焦效应  47-49
  4.8 本章小结  49-50
第五章 THz 波段微结构金属光栅传输特性的实验研究  50-60
  5.1 实验系统介绍——THz 时域光谱系统  50-53
  5.2 实验结果处理与分析  53-59
    5.2.1 p 偏振THz 波垂直透射特性的理论与实验研究  53-57
    5.2.2 旋转光栅样品透射特性的理论与实验研究  57-59
  5.3 本章小结  59-60
参考文献  60-68
发表论文和参加科研情况说明  68-69
致谢  69

THz波段微结构金属光栅传输特性的理论与实验研究

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