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THz波段表面等离激元波的主动控制和传感应用

田震  
【摘要】: 本论文系统研究了THz波段表面等离激元波的主动控制及传感应用,论文的主要内容包括: 一、从电磁波的麦克斯韦方程组及边界条件出发,首先推导出表面等离激元极化波的色散关系、趋肤深度、传播距离,以及激发表面等离激元极化波的几种典型方式,其次讨论了局域化表面等离激元的形成机理及影响因素,并对比了光波段和THz波段的异同; 二、基于表面等离激元和局域化的表面等离激元的基本理论,结合THz时域频谱实验系统,复现了THz波通过周期性亚波长金属阵列的异常透射及反射的实验,并讨论了影响其传输特性的相关因素因素。在此基础上,系统研究了THz波表面等离激元波的全光主动控制,包括超快激光激发下,器件前后材料介电性质的变化、全光普通光开关以及全光翻转光开关特性; 三、基于高温超导体在THz波段独特的各向异性,研究了基于高温超导体YBCO的THz波段亚波长周期结构器件。讨论了高温超导体的各向异性性质,推导出各向异性材料中表面等离子激元波存在的理论依据;自行搭建了附有液氮制冷系统的THz时域频谱系统,实验研究了不同温度下高温超导体YBCO在THz波段电导率的变化,在此基础上,设计并制备了YBCO THz波段周期性亚波长孔阵列器件和块阵列器件,在实验及电磁仿真两方面实现了器件的THz波段带通滤波和带阻滤波的热主动控制; 四、探讨了THz波段亚波长周期性孔阵列在传感方面的应用。以亚波长孔阵列为传感器,采用THz时域频谱技术,成功分辨了甲醇的四种同位素,并讨论了将其发展为定量传感技术的可能性。


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