复合型金属孔周期阵列的THz透射特性

利用微细加工技术,制作出金属矩形孔阵列,从实验和理论上研究了金属矩形孔阵在THz波段的透射极大值和极小值产生的规律.并利用透射极大值频率随矩形孔长度增大而向低频移动的特性,在同一层金属上,利用不同尺寸的金属孔结构形成复合金属孔阵列,设计出中心频率可调节、频率拓宽的频率选择器件和频率拓宽器件.此研究为太赫兹滤波器等无源器件提供了新的设计思路和加工方法,对太赫兹波技术的发展具有重要意义.     

基于亚波长金属孔阵列的光控太赫兹强度调制器

太赫兹波强度调制器对太赫兹技术的发展至关重要。亚波长金属孔阵列可以激发表面等离子激元,增加入射电磁波的透射效率,极大地提高调制器的调制深度。提出了一种基于表面等离子激元的光控太赫兹波强度调制器。首先给出了器件所依赖的基本原理;其次利用传统的微纳加工技术在半绝缘砷化镓衬底上制作出二维亚波长金属孔阵列;最后搭建了太赫兹时域光谱系统,测试了器件样品对太赫兹波的透过率。结果表明:亚波长金属孔阵列可以引起透射率的异常增强,且透射率随着泵浦光强的增大而减小,在特定频率点实现了较高的调制深度。此研究为实现高调制深度的太赫兹波强度调制器提供了参考。     

金属亚波长狭缝阵列结构的太赫兹偏振透射特性研究

利用太赫兹时域光谱技术,研究了金属亚波长狭缝阵列结构的太赫兹透射特性。结果表明,太赫兹波会激发金属狭缝阵列结构的表面等离体波共振,表面等离子体共振产生太赫兹波段超强透射现象。由于表面等离子体共振效应,这种狭缝结构对于透射的太赫兹产生很高偏振度,这些实验结果为制作太赫兹波段偏振器件提供了有益的参考。     

基于中红外波段的等离子体金属孔天线(英文)

研究了周期性金属孔阵列的光学和远场辐射特性,实验发现所有样品在中红外波段都有两个透射峰,当金属孔径或者孔阵的晶格常数变大时,透过峰的中心频率发生红移.在透过率的中心频率附近,周期性的金属孔阵列表现出偶极子阵列的特性,其远场辐射特性随着孔径的减小或者孔阵列晶格常数的增大而增强.     

（英）基于中红外波段的等离子体金属孔天线

研究了周期性金属孔阵列的光学和远场辐射特性,实验发现所有样品在中红外波段都有两个透射峰,当金属孔径或者孔阵的晶格常数变大时,透过峰的中心频率发生红移.在透过率的中心频率附近,周期性的金属孔阵列表现出偶极子阵列的特性,其远场辐射特性随着孔径的减小或者孔阵列晶格常数的增大而增强.     

飞秒激光直写太赫兹波段二维金属亚波长孔阵列

利用中心波长为775 nm、重复频率为1 kHz、脉宽为130 fs的飞秒激光脉冲对厚度为200μm的铜片进行微加工,制作了适用于太赫兹(THz)波段(0.1~4 THz)的二维金属亚波长孔阵列。实验中,分别固定激光能量和加工时间,研究烧蚀孔直径随激光功率及加工时间的变化规律,发现激光偏振态是引起烧蚀缺口的主要原因。利用数值模拟软件(CST)计算出适用于THz波段的金属孔阵列结构参数,根据以上实验结果选择合适的激光参数制作了孔阵列。     

孔型对金属介质金属三明治结构超材料的透射率和负折射率的影响

通过改变长方形孔的长度,利用数值模拟研究了金属-介质-金属三明治结构超材料的透射率,负折射(NRI)率和品质因数(FOM)等性质.研究结果表明,随着长方形孔的长度的增大,低频透射峰和最大透射峰都出现了红移现象.长方形孔的负折射率和负折射带宽则随着长方形孔的长度的增大而减小.这意味着可以通过调节金属-介质-金属三明治结构超材料的孔阵列的长度获得较高的透射率或者负折射率.这些结果为开发太赫兹范围的光电器件提供可能的理论.     

基于VO2相变的光控太赫兹调制器

基于VO2薄膜相变特性,通过在石英基底上制备VO2薄膜和亚波长金孔阵列,并在理论和实验上研究了金属孔阵列与VO2薄膜置于基底同侧和异侧的两种太赫兹(THz)调制器。系统研究了在光泵浦条件下两种样品的THz波的传输特性。结果表明,随着泵浦光功率的改变,两种结构的器件均可以实现对THz波强度的调制。对比分析两种结构器件的THz透射谱发现,紧邻金属孔阵列的金属相VO2能够有效地抑制THz表面等离子体的局域透射增强效应,使调制器的调制深度得到显著增强,这对基于相变材料调制器的设计具有重要意义。     

基于金属亚波长光学结构窄带滤色片的研究进展(续)

<正>3金属孔或颗粒阵列的窄带滤色片基于金属阵列结构的窄带滤色片最为常见,除了前述金属-介质-金属腔阵列结构以外,基于金属孔阵列、金属颗粒阵列以及金属孔与颗粒的复合阵列均可实现窄带滤色性能,尤其是有关金属孔阵列滤色片的报道最为广泛。3.1金属孔阵列的窄带滤色片金属孔阵列(图10 (a))在特定波长下的超常透射行为最早由T.W.Ebbesen等人[60]于1998     

H型金属孔阵列结构强透射折射率传感特性研究

提出了一种H型金属孔阵列结构,利用该结构形成的法布里-珀罗腔加强表面等离激元耦合作用,以期获得较好的强透射现象。采用有限时域差分法(FDTD)对该结构进行数值仿真,并详细研究了H型金属孔阵列中水平方向矩形孔和竖直方向的两相同对称矩形孔的长和宽等参数对强透射特性的影响;同时研究了基于该现象的折射率传感特性。结果表明:当水平方向矩形孔的长和宽分别为300和120nm、竖直方向的两相同对称矩形孔的长和宽分别为60和10nm时,强透射现象较好,并在此基础上获得了389RIU/nm的折射率灵敏度。这些研究结果有望为高性能微纳等离子体传感器的设计提供理论参考。     

二氧化钒材料相变的太赫兹光谱与阵列成像

二氧化钒是一种具有绝缘态到金属态可逆相变特性的材料,在光器件及信息技术中有非常广泛的应用。分别采用太赫兹频段的光谱测量技术和阵列成像技术研究分析了硅基二氧化钒材料的相变过程。采用傅里叶变换光谱测量系统,获得了整个样品在2.5~20.0 THz频段透射谱和反射谱随温度的变化,分析得到了硅基二氧化钒材料相变的温度范围为334~341 K,对应温差为7 K;得到了相变前后样品对4.3 THz辐射的透过率变化达40%以上,反射率变化接近30%。随后采用一套4.3 THz的阵列成像系统,测量了整个样品在相变前后的太赫兹图像,获得了该材料由金属态转变为绝缘态时,其对4.3 THz激光信号的透过率由6.7%升至50.7%,透过率变化达44%,与傅里叶变换光谱在4.3 THz处的测量结果相当。上述研究结果为硅基二氧化钒材料用于2.5 THz以上电磁辐射的透射调制和反射调制提供了很好的实验数据支撑。     

基于超材料的连续太赫兹波透射特性研究

以基于超材料的太赫兹波透射为目的,设计并制作了四种亚波长开环共振（SRR）超材料。采用连续太赫兹波作为入射激光源,实验测量了它们在1.04 ~4.25 THz波段的功率透射属性,并采用CST Studio进行仿真,结果显示这些超材料存在一个位于2.52 THz的全局透射峰和多个局部透射峰。全局透射峰与SRR阵列的微结构和图形配置等参数有关。为了寻找一个具有较高透射效率的太赫兹感应阵列,比较了四种不同超材料微结构的归一化功率透射性能和感应差别。从这些差别中找到特定图案配置的超材料器件用于太赫兹波感应具有借鉴意义。     

Design and Imaging Application of Room-Temperature Terahertz Detector with Micro-Bolometer Focal Plane Array

Room-temperature terahertz (THz) detectors indicate a great potential in the imaging application because of their real-time, compact bulk, and wide spectral band responding characteristics. THz detectors with different dimensions based on a micro-bridge structure have been designed and fabricated to get optimized micro-bolometer parameters from the test results of membrane deformation. A nanostructured titanium (Ti) thin film absorber is integrated in the micro-bridge structure of the VOx micro-bolometer by a combined process of magnetron sputtering and reactive ion etching (RIE), and its improvement of THz absorption is verified by an optical characteristics mesurement. Continuous-wave THz detection and imaging are demonstrated by using a 2.52 THz far infrared CO2 laser and a 320240 vanadium oxide micro-bolometer focal plane array with an optimized cell structure. With this detecting system, THz imaging of metal concealed in a wiping cloth and an envelope is demonstrated, respectively.     

带有矩形孔阵列的Au-介质-Au多层膜的透射特性

周期性亚波长孔阵列的异常透射性质在亚波长光电器件设计中具有重要意义。两层或更多膜层上周期孔阵列结构,由于层之间电磁场的相互作用可以导致新的光学性质。利用时域有限差分方法理论研究了带有矩形孔阵列的Au-介质-Au多层膜的透射特性。结果表明:该结构在近红外波段的透射谱存在多个透射峰,并且透射峰的数量、位置和强度可以通过改变结构的几何参数和介质膜的材料进行调控。详细分析了介质膜的厚度和折射率、孔阵列的周期、矩形孔的边长等因素对多层膜矩形孔阵列透射谱的影响,为利用多个表面等离子共振设计多波长控制器件提供了一定的参考。     

Broadband Terahertz Transmission Modulation Based on Hybrid Graphene-Metal Metamaterial

A novel patterned metamaterial, composed of graphene layer and metal periodic array of split ring resonators (SRRs) and cross-shaped resonators (CSRs), with broadband terahertz (THz) wave modulation was proposed and theoretically studied. It demonstrated that a broad passband high transmission of over 96.1% in the frequency range from 1.02 THz to 1.66 THz and two narrow band resonance frequencies f₁ and f₂ could be generated. The modulation depth of transmission was 29.2% when the graphene layer was covered on the metal metamaterial surface, and the modulation depth could be further increased by increasing the Fermi energy of graphene layer and reached approximately 79.5% at 1.0 eV in a broadband THz frequency range. The resonance frequencies of f₁ and f₂ were blue-shifted, and their modulation depths reached about 63.2% and 18%, respectively. These results show that the ultrathin graphene-metal metamaterial exhibits potential to achieve high-performance active THz devices and may offer widespread applications.     

渐近式太赫兹多孔光子晶体光纤模式特性研究

为了研究太赫兹波在新型渐近式多孔光子晶体光纤的传输特性, 采用有限元数值分析法进行了数值仿真, 分析了有效模态面积、纤芯孔隙度对有效材料损失及限制损耗、功率分布分数等波导特性的影响。结果表明, 在单模传输范围0.5THz~0.85THz内, 通过在光纤上引入渐近矩形阵列气孔和椭圆空穴, 实现了零色散、0.0532高双折射、有效材料损失为0.1157/cm, 限制损耗低至1.47×10-4dB/cm。此研究可用于制造极化THz波导、滤波器等, 对新一代太赫兹波导实现长距离、高性能传输的研究具有重要意义。     

内置金属/电介质同心圆柱的金属孔阵列结构强透射特性

采用有限时域差分(FDTD)法研究了内置金属/电介质同心圆柱结构的材料属性、半径及其相对高度对金属孔阵列强透射特性的影响.发现该结构与内置单一金属、单一电介质和电介质/金属三种不同的同心圆柱结构相比较,光的透射性能得到显著的增强;这种内置金属/电介质同心圆柱结构具有进一步增强表面等离激元与局域表面等离激元共振耦合作用.结果表明,金属、电介质的材料属性对强透射特性影响明显,当金属圆柱为Au、电介质圆柱折射率较小时,其透射性能较好;圆柱半径是影响透射率与共振峰位置的主要因素,半径越大,共振峰红移越明显,但其透射率先增大而后持续减小.同时,金属/电介质圆柱的相对高度也影响透射率大小,当金属圆柱高度为60 nm时,其透射性能较好.     

换能器阵列形式对指向性的影响

针对声波定向换能器阵列形式对指向性的影响问题,该文根据声波叠加原理,从理论上推导了圆形活塞换能器阵的三维指向性计算公式。在此基础上,利用该理论公式,对24个压电换能器阵元分别布为4×6阵列、5×5-1阵列、3×8阵列、2×12阵列的指向性进行了分析,发现不同阵列形式三维指向性存在明显差异;方阵在各方向上指向性近似相同,而长方形阵则随长宽比的增大,在长、宽方向上的指向性差异增大。