基于微结构表面等离子体激元的太赫兹功能器件的研究——太赫兹超宽带滤波器的研究

摘要

太赫兹科学是一门介于电子学和光子学之间的交叉学科，与太赫兹相关的技术涉及了很多学科，例如光电子学、电磁学、材料学、半导体物理学和微加工技术等等。另外在环境监测、物体成像或者是医疗诊断等方面，太赫兹波因为其独特的性质有十分重要的研究价值。近年来，太赫兹科学技术的发展尤其迅速，而在其发展道路上，对太赫兹功能器件的需求也逐渐增加。
　　当金属和介电质的分界面上有电磁波入射时，金属表面自由电子振荡并与电磁波耦合形成一种电磁波，这种电磁波就是金属表面等离子体激元(SPPs)，SPPs会沿着金属的表面向前传播，它的场幅值在金属与介质内是呈指数形式衰减的，而在两种材料的的界面上具有最大值。SPPs可以突破衍射极限，在亚波长范围内约束电磁波的传播。而为了实现SPPs的有效传播，研究人员提出研究了各种各样的结构，研究表明，为了解决SPPs不能仅仅的束缚在光滑金属表面的问题，可以利用亚波长金属孔阵列结构，而且如果在光滑的金属表面刻蚀一些周期性的槽阵列，也能够在很大程度上增强金属对电磁波的束缚能力，这使得基于SPPs的器件得到了更加广泛的研究。而且与微波频段不同，基于SPPs的器件在太赫兹频段的尺寸可以做的更小，这样更有利于大规模器件的集成化，因为太赫兹频段的SPPs器件可以做到微米的量级，另外如果与光频段进行比较，太赫兹频段的金属SPPs的传播距离能够更长，所以在传播的过程中可以比较方便的对它进行一些处理以达到我们的需求。因此，基于表面等离子体激元的太赫兹功能器件成为了太赫兹科学领域的一个研究的热点之一。
　　本论文主要研究基于表面等离子体激元的电磁波传输特性和实现低损耗太赫兹传输的机理，以获得适于太赫兹器件集成和芯片化应用需求的滤波器为目的，对基于表面等离子体激元的具有亚波长结构的太赫兹滤波器进行研究。论文最终提出一种结构更紧凑，损耗更低，截止频率为0.54THz的太赫兹超宽带低通滤波器以及中心频率为0.44THz，截止频率为0.59THz的太赫兹超宽带带通滤波器，并对其中的带通滤波器进行了实验性研究。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 太赫兹波的特点及发展

1.2 太赫兹功能器件

1.3 表面等离子体激元简介及发展

1.4 本论文的主要安排

第二章 表面等离子体激元基础

2.1 金属的介电常数

2.2 表面等离子体激元的基本特性

2.3 表面等离子体激元的激发

2.4 本章小结

第三章 表面等离子体激元太赫兹超宽带滤波器的研究

3.1 矩形结构和“哑铃”形结构的研究与分析

3.2 改进的环形波导传输结构的研究与分析

3.3 利用改进的结构实现太赫兹超宽带滤波器

3.4 本章小结

第四章 表面等离子体激元超宽带滤波器的实验研究

4.1 滤波器样品制作

4.2 样品测试与结果分析

4.3 本章小结

第五章 全文总结

致谢

参考文献