太赫兹波段的超材料调制器的研制与设计

摘要

本文主要基于电磁超材料的特性完成以下三部分的工作：极化不敏感的电磁诱导透明效应(EIT)的调制器设计，多频带谐振调制器的设计与研制，低电导率材料的超宽带吸收调制器设计。
　　在 EIT效应的太赫兹调制器设计中主要完成以下三部分的工作：首先，完成亮-亮模式耦合的极化不敏感EIT效应的太赫兹调制器的设计，电磁诱导透明点在0.828 THz，Q值为15.3，通过800 nm激光照射半导体衬底改变电导率设计出两种调制方式，透明点幅度调制深度分别为73％与34%。其次，完成亮-暗模式耦合的极化不敏感EIT效应的太赫兹调制器设计，透明点在0.3 THz，Q值为150。最后，通过研究两种器件的互补结构发现在EIT的频带内互补原理不适用的现象。
　　在多频带调制器的设计与研制中主要完成以下四部分的工作：首先，设计实现一种加载螺旋臂的结构双频带谐振结构，谐振结构的谐振频点分别为0.28 THz、0.59 THz，利用激光照射半导体设计两种调制方式：第一个谐振点的S21的幅度调制深度为54.8%和两个谐振点的S21的幅度同时的调制深度为54.8%；其次，在双频带谐振结构上添加 L型金属结构实现三频带谐振结构，谐振频点分别为0.256THz、0.49 THz、0.67 THz；然后，利用激光照射在三频带谐振结构实现分别对第二个频点与第三个频点的S21幅度的调制，调制深度为54.8%，也可以实现对三个频点S21幅度的同时调制，调制深度为41%；最后，完成实物加工与测试，测试与仿真S21曲线吻合良好。
　　在基于低电导率材料的超宽带可调吸收器设计中主要完成以下两方面的工作：首先，利用低电导率的合金材料以开口环为基础设计出超宽带的吸收结构，半峰值吸收带宽为4 THz，相对吸收带宽Bw=108%，通过激光照射到嵌入结构中的硅半导体实现x极化入射波的半峰值吸收带宽在2.4 TH-3.8 THz之间动态调制。其次，在开口环结构为基础设计对称的复合吸收结构，实现半峰值吸收带宽为4.3 THz，相对带宽 Bw=118%的超宽带吸收结构，并通过激光激励嵌入结构中的硅半导体可以实现吸收带宽在1.7 THz-4.1 THz间的调制。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 基于超材料的太赫兹调制器的研究现状

1.3 论文主要章节安排

第二章 超材料基本设计理论

2.1 电磁超材料原理

2.2 半导体光吸收机理

2.3 电磁诱导透明效应产生方式

2.4 本章小结

第三章 极化不敏感的电磁诱导透明效应调制器设计

3.1 亮-亮模式EIT效应的极化不敏感调制器设计

3.2 亮-暗模式EIT效应的极化不敏感调制器设计

3.3 本章小结

第四章 多频带谐振调制器的研制

4.1 工字型单频带结构

4.2 双谐振频带调制器设计

4.3 三谐振频带调制器设计

4.4 实物加工与测试

4.5 本章小结

第五章 基于低电导率材料的超宽带吸收调制器设计

5.1 超宽带吸收调制器设计

5.2 复合结构超宽带吸收调制器设计

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文主要工作

6.2 论文中的创新点

6.3 论文中的不足

致谢

参考文献