太赫兹宽带超材料设计以及光纤快速扫描实验系统的搭建

摘要

超材料是近几年发展起来的具有特殊电磁性能的新型人工媒质,由于它可以通过结构单元设计和外加激励控制调节材料的光学响应而受到人们越来越多的重视。而太赫兹频段由于它在电磁波中的特殊位置决定了它在生物医学成像、天文、安检等领域都具有很重大的研究意义。鉴于太赫兹的相关器件相对匮乏,将超材料与太赫兹相结合起来是必然的研究趋势。
　　本课题对太赫兹超材料进行了一些详细的研究,主要内容包括
　　1.宽带PIT的设计与研究。PIT一直是慢光器件依赖的重要手段。在本设计中,通过打破常规的一个明模一个暗模的设计方式,采用多个单元作为PIT的暗模,设计出中心频率在1.01 THz,3 dB带宽约为0.4 THz,透明窗口平整的宽带PIT。在对样品软件模拟、样品加工、实验测量的基础上,采用洛伦兹耦合谐振子模型对模式之间的作用进行了分析,发现模式之间耦合作用的增强是PIT透射窗口展宽的根本原因,与此同时还研究了结构参数对于PIT宽带性能的影响。
　　2.宽带低通滤波器的设计与研究。这个课题来源于电路中低通滤波器的设计。通过将简单的光栅结构进行在太赫兹传播方向的交错堆叠,利用金属导线之间电容电感作用得到了具有很高选择率低通滤波器;同时通过调节单元结构的结构参数,可以灵活调节低通滤波器的截止频率。此外,在这项工作中,我们还研究了该设计对于太赫兹入射方向和电场偏振方向对于滤波性能的影响。研究证明,该滤波器对于光的入射方向有很高的鲁棒性,但是高度依赖于电场偏振方向。
　　3.太赫兹光纤快速扫描系统的搭建。在这项工作中,采用1550 nm光纤飞秒激光器、光纤式1550太赫兹天线和光纤快速扫描延迟线,通过解决激光耦合、单模光纤色散补偿、光程差匹配和示波器数据采集等问题,得到了实时变换的太赫兹时域信号和频域信号。

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第一章 绪论

1.1太赫兹简介

1.2超材料简介

1.3本章小结

第二章 等离子诱导透明的基本原理

2.1等离子诱导透明基本原理

2.2耦合谐振子模型

2.3等效介质理论

2.4本章小结

第三章 宽带PIT的设计

3.1宽带PIT的结构设计

3.2宽带PIT特性的模拟分析与实验测量

3.3实验样品的加工流程

3.4本章小结

第四章 宽带低通滤波器的设计

4.1低通滤波器的模拟分析和实验测量

4.2实验样品的加工流程

4.3本章小结

第五章 实验系统的搭建

5.1搭建系统光路的介绍

5.2光纤式太赫兹TDS系统

5.3光纤式太赫兹TDS信号采集处理

5.4本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢