亚波长金属结构中太赫兹波传输特性的FDTD模拟

摘要

亚波长金属结构中的异常透射效应是一个有趣的物理现象，这不仅在于它潜在的应用价值，而且其本身的物理机制一直以来都是物理学界争论的焦点。本文利用时域有限差分的方法研究了亚波长金属结构对太赫兹波的透射特性，
　　 对维和二维的金属亚波长结构的太赫兹波透射进行了模拟与实验的研究，主要内容包括：
　　 第一，一维光栅的透射。我们用时域有限差分的方法对理想导体进行模拟研究，我们发现一维金属光栅的透射谱对光的偏振方向有选择作用，当光为TM偏振时，透过率接近1，但是随着周期的变大透过率有一个逐渐减小的趋势，该趋势的产生的原因是伪表面等离子体激元(spoof-SPP)对透射起抑制作用并且在某个特定的频率表现为透射谷。当保持光栅周期不变，改变占空比时，透射谷会随着狭缝的增大而减小。当光栅的厚度变化时，我们发现随着金属薄膜厚度的增加，透射谱中会出现多个透射峰，我们认为这些透射峰的物理本质是类FP共振。当光为TE偏振时，透射率接近为零，这为我们设计新型的太赫兹波段的偏振片提供了新的思路。
　　 第二，二维金属孔阵列的透射。同一维光栅类似，我们仍然采用时域有限差分对含有孔结构的理想导体进行模拟研究，选择入射的太赫兹光为TM偏振，模拟结果表明峰值的位置几乎不受周期影响，透射峰的物理机制可能与SPP无关，我们认为该透射峰的物理机制是半波共振，而spoof-SPP仍旧扮演着抑制作用。当半波共振的共振频率与spoof-SPP的共振频率靠得很近时，半波共振形成的透射峰会被spoof-SPP截断。因此我们认为二维金属孔阵列对太赫兹波段的透射谱的影响受到孔结构和周期的共同作用。