偏振相關(guān)的太赫茲超材料的電磁響應(yīng)和主動(dòng)調(diào)控特性研究

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1、偏振相關(guān)的太赫茲超材料的電磁響應(yīng)和主動(dòng)調(diào)控特性研究Researchontheelectromagneticresponseandactivecontrolcharacteristicsofpolarization-dependentterahertzmetamaterials工程領(lǐng)域：光學(xué)工程作者姓名：張寧指導(dǎo)教師：歐陽(yáng)春梅副教授企業(yè)導(dǎo)師：季海兵高級(jí)工程師天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院二零一七年十一月獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外,論文中不包含其他人

2、已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果,也不包含為獲得天津大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名:磁虹簽字日期:冫9/⒎年/△月扌/日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)天津大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索,并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤(pán)。(保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說(shuō)明)學(xué)位論文作者簽名

3、:彬k彳導(dǎo)丿幣簽名:簽字日期:叩lT年月7日簽字日期:乃年7日`η`2月`△摘要超材料是一種由大量亞波長(zhǎng)量級(jí)的“人工結(jié)構(gòu)單元”組成的人工復(fù)合材料，因其具備天然材料所不具備的獨(dú)特的電磁特性而備受關(guān)注。然而，超材料一旦加工完成便難以改變超材料自身固有的電磁響應(yīng)特性。偏振相關(guān)的超材料可以在已構(gòu)建的超材料中實(shí)現(xiàn)多重電磁響應(yīng)和多功能特性，為構(gòu)建光子集成器件起到很重要的作用。此外，在超材料結(jié)構(gòu)中引入可主動(dòng)調(diào)控的材料（如半導(dǎo)體、液晶和石墨烯等），通過(guò)光/電的激勵(lì)，可以改變這些材料的電磁特性，因此實(shí)現(xiàn)對(duì)入射電磁波的主動(dòng)操控。本文我們主要研究了兩種偏振相

4、關(guān)的太赫茲超材料，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)太赫茲波的主動(dòng)調(diào)控。相關(guān)的設(shè)計(jì)、仿真、樣品加工方法以及實(shí)驗(yàn)測(cè)量都會(huì)在本文中加以說(shuō)明，具體內(nèi)容為：1.首先介紹了太赫茲技術(shù)的發(fā)展歷史和應(yīng)用價(jià)值，以及太赫茲波的發(fā)射源和探測(cè)方式。隨后介紹了超材料的研究背景和發(fā)展現(xiàn)狀，重點(diǎn)給出主動(dòng)式超材料的研究歷程。為更清楚地解釋超材料的耦合機(jī)制，論文中介紹了一些超材料領(lǐng)域常用的理論模型。2.從數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)量方面詳細(xì)介紹了所設(shè)計(jì)的A型太赫茲超材料的偏振依賴的電磁響應(yīng)特性。當(dāng)入射太赫茲波水平偏振時(shí)，透射窗口由低頻電感-電容諧振和高頻高階反對(duì)稱模式的諧振谷疊加而成。當(dāng)入射太赫茲波豎

5、直偏振時(shí)，透射窗口源自電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)水平和豎直偏振激發(fā)所得到的透射譜中的特征頻率處的電流分布和電場(chǎng)分布的分析，得出這種A型超材料的偏振敏感特性的成因。同時(shí)我們還分析了幾何參數(shù)的變化對(duì)A型微結(jié)構(gòu)的透射譜產(chǎn)生的影響。這種偏振依賴的微結(jié)構(gòu)可以有效調(diào)制電磁波，為超材料的設(shè)計(jì)提供更加靈活的設(shè)計(jì)思路。3.本文第二個(gè)工作著重展示了一種新型的基于光激勵(lì)可動(dòng)態(tài)調(diào)控的偏振依賴的電磁誘導(dǎo)透明超材料。這種超材料的單元結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)開(kāi)口諧振環(huán)和一個(gè)置于兩個(gè)開(kāi)口諧振環(huán)之間的方環(huán)。這三個(gè)諧振環(huán)彼此之間通過(guò)硅島連接。在水平和豎直偏振激發(fā)下，相鄰的諧振環(huán)通過(guò)近場(chǎng)

6、耦合分別在不同頻率處由電磁誘導(dǎo)透明效應(yīng)產(chǎn)生透明窗口。通過(guò)改變硅的電導(dǎo)率，模擬光激勵(lì)效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)偏振相關(guān)的電磁誘導(dǎo)透明窗口幅度的主動(dòng)調(diào)控。這一工作為理解超材料中涉及的一些基本的耦合機(jī)制提供了一些實(shí)用的分析方法，為設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)主動(dòng)式超材料提供新方法。關(guān)鍵詞：太赫茲，超材料，功能器件，電磁誘導(dǎo)透明，時(shí)域光譜學(xué)系統(tǒng)IABSTRACTMetamaterialsrefertoanewclassofengineeredmaterialsthataregenerallycomposedofalotofsubwavelength‘a(chǎn)rtificialat

7、oms’,whichhavedrawnsignificantattentionovertheyearsduetotheirexoticpropertiesthatnaturematerialscannotpossess.However,itisdifficulttochangetheelectromagneticresponseofthemetamaterialsthathavebeenfabricated.Importantly,multipleelectromagneticresponsesandfunctionalitycanbe

8、realizedinpolarization-dependentmetamaterialsunderdifferentpolarizationincidence,whichplaysanimportantr