【摘 要】
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目前,国内外研究者都在致力于加速太赫兹的实用化进程,这离不开高性能的太赫兹功能器件的支撑。超材料为发展太赫兹功能器件提供了有效手段。与光波段和红外波段相比,太赫兹波段高性能的功能器件,特别是可调谐的、高效率的太赫兹功能器件很匮乏。本论文主要研究基于超表面的动态调控及高效波前调控太赫兹功能器件,具体内容如下:(1)我们自主搭建了全光纤太赫兹时域光谱仪,包括单模和保偏两种版本。此外我们还发展了基于光电
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目前,国内外研究者都在致力于加速太赫兹的实用化进程,这离不开高性能的太赫兹功能器件的支撑。超材料为发展太赫兹功能器件提供了有效手段。与光波段和红外波段相比,太赫兹波段高性能的功能器件,特别是可调谐的、高效率的太赫兹功能器件很匮乏。本论文主要研究基于超表面的动态调控及高效波前调控太赫兹功能器件,具体内容如下:(1)我们自主搭建了全光纤太赫兹时域光谱仪,包括单模和保偏两种版本。此外我们还发展了基于光电导微探针的高分辨率的光纤近/远场成像系统。为后面研究课题的开展提供了实验测量平台。(2)我们在实验上研究了等离子二聚体之间的基于电容性耦合和电导性耦合的模式分离效应,证明了此种模式转变具有普适性。基于模式分离效应,我们借助低温氮化铌(Niobium nitride,Nb N)作为二聚体内部的耦合介质,实现了对透过谱的主动调制。这些结果在设计等离子体传感器、光开关等方面有潜在应用。(3)我们设计了一个法诺谐振型的太赫兹相干完美吸收体(Coherent perfect absorber,CPA)。该CPA在TE斜对称入射时,表现为一个双频带CPA。此外,我们通过调节两束相干光的相对相位延迟实现了输出幅度0到近100%的完美调控。该超表面CPA在太赫兹成像、光开关方面有潜在应用前景。(4)我们利用金属微结构设计并实现了相干Pancharatnam-Berry相位光学单元,这种微结构单元可同时支持近100%的转换效率和透过率。实验上,我们利用一个自旋依赖的线性相位梯度超表面验证了上述单元在相干入射条件下高效的且效率动态可控的波前调控。这一方法为实现光自旋轨道相互作用提供了有效途径,在产生动态可控的结构光场方面有潜在的应用前景。(5)我们提出和实验证明了高效率的偏振不依赖型和偏振复用型全硅介质太赫兹波前调控器件。偏振不依赖型超表面得功能层的效率高达82.5%。指得一提得是:这些超表面也可以随意组合实现新的功能。偏振复用型超表面功能层的效率高达65%。为了消除硅基底的反射损耗,我们也设计了高性能的偏振不依赖的硅柱抗反射层。这些全硅介质超表面在发展新一代低损耗、超集成的太赫兹功能器件方面有广阔的应用前景。
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