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双开口谐振环结构的太赫兹光谱特性研究

何君  
【摘要】:太赫兹辐射(THz)是对一个特定频段的电磁辐射的统称,通常指频率在0.1THz~10THz(波长在30μm~3mm)之间的电磁波,其波段在微波和红外之间,属于远红外波段。随着超快激光技术的发展,太赫兹波在生物化学,通信,成像、天文等诸多领域有着广泛的应用。伴随着微加工技术的发展超材料(metamaterials)的研究日趋广泛和深入,人们制作了适于各个电磁波频段、性能良好的调制器、滤波器、位相延迟器、透镜等。本论文将这两方面结合,对太赫兹亚波长周期性开口谐振环(SRRs)进行了细致研究。论文的主要工作是对基于聚酰亚胺基底的太赫兹开口谐振环透射、反射、吸收特性的研究,同时也对太赫兹时域光谱系统中ZnTe探测晶体的偏振探测性质进行了研究。 本论文的第一部分研究太赫兹开口谐振环。首先,将传统的硅(Si)基底替换成柔性聚合物基底聚酰亚胺(polyimide),并且设计了一种非轴对称和轴对称双开口环结构(DSRRs),对其透射和反射特性进行细致研究。结果表明,非轴对称与轴对称双开口环结构的反射谱和透射谱的强度和共振峰位均具有调制作用,且趋势呈现出一致性;对于非轴对称金属环,随着开口距中线距离的增加,共振强度减弱,峰位发生红移。对于轴对称金属环,随着开口距中线距离的增加,共振强度和峰位均不发生改变。其次,通过改变太赫兹的入射角度和样品的曲率,对其透射性质进行研究;发现在曲率和入射角度改变时,透射峰强度和峰位均不发生改变。此外,我们将两种样品叠加在一起制做成了宽谱滤波器,50%的带宽可达到180GHz。 为了更好地用太赫兹时域光谱系统(THz-TDS))研究超材料的偏振特性并将超材料偏振器付诸应用,需要对该系统的偏振探测性质有深入了解。本论文第二部分是对太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)中电光晶体(ZnTe)的偏振探测特性进行了研究。探究了晶轴偏转角度、太赫兹偏振方向和探测光偏振方向三者的关系对差分电流△I的影响。根据理论推导,差分探测信号△I与太赫兹与晶轴的角度α和探测光与晶轴的角度φ有相应的依赖关系。通过对α=φ、α=φ+π/2α=φ+π/4三种情况做了实验与计算,实验结果与理论计算得到较好吻合。本文明确给出了三者之间的依赖关系,为制定样品的偏振探测方案提供了重要依据。


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