基于金属微结构的太赫兹滤波器件研究

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随着太赫兹技术的快速发展和广泛应用,太赫兹滤波器的研发成为一个重要的课题。金属表面亚波长周期性结构表现出的超常透射效应突破了经典孔径衍射理论的极限,在光子学、光电子学等领域具有巨大的应用价值。基于此理论的金属微结构对于光传输具有优良的可调性,因此,可以应用于太赫兹滤波器件的开发。本论文从数值模拟和实验测量两个方面研究了金属圆孔、十字孔、矩形孔和双H系列结构的太赫兹透射特性,为太赫兹波滤波器的研制提供了参考和依据。本论文的具体工作主要包括:1.对周期性金属圆孔进行了数值模拟和实验测量。结果表明,该结构在太赫兹波段形成一个透射峰。周期一定的条件下,随着圆孔半径的增加,透射峰位向低频移动,同时谱线的半极大全宽增大;在圆孔半径不变的情况下,随着周期的增加,透射峰移至高频,同时谱线的半极大全宽增大。2.对周期性金属十字孔进行了数值模拟和实验测量。结果表明,该结构同样在太赫兹波段形成一个透射峰。随着十字边长的增加,透射峰峰位向低频移动,半极大全宽随之增加。尺寸为周期T=90μm、线宽w=10μm、长度I=80μm的金属十字孔下的金属十字孔可以作为进一步研发太赫兹带通滤波器的蓝本。3.对周期性金属矩形孔在不同入射光模式下进行了数值模拟和实验测量。结果表明,当入射光电场方向与矩形孔长边平行,且结构的横纵向周期和矩形长边一定的情况下,随短边尺寸增加,透射峰峰位移向低频。值得注意的是,短边相对于长边极短(即为金属狭缝)时,这种结构的太赫兹透射系数几乎为零,而当入射光电场方向与长边垂直时,同样长宽比的结构会产生一个透射峰。当入射光电场方向与矩形孔长边平行,且结构的两边边长一定的情况下,透射峰峰位随周期的增加向低频移动,同时半极大全宽增加。而当入射光电场方向与长边垂直时,随着周期的增加,透射峰峰位处于较低频并无明显移动,半极大全宽减小。4.对于双H型系列金属孔结构,双H-Ⅰ型在太赫兹波段可形成一个较宽的单通带;双H-Ⅱ型在太赫兹波段可形成双通带,其中第一个通带较窄,因此在分辨率较低的实验系统中不容易测得;双H-Ⅲ型在太赫兹波段可形成三通带。总之,本论文通过理论模拟和实验测量,对金属圆孔、十字孔、矩形孔和双H系列结构的太赫兹透射特性进行了研究。研究结果为太赫兹滤波器的研发提供了数值参考和理论依据。
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