基于新型超构表面的太赫兹波偏振态调控器件

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偏振是太赫兹波的一个重要特征,传统的太赫兹波偏振转换器件尺寸较大且色散严重。超表面,是一种人工构造的超薄二维阵列平面,有利于太赫兹系统的微型化和集成化。因此,利用超表面调控太赫兹波偏振,能够有效克服传统偏振调控器件的缺陷。本文以太赫兹波偏振调控为目标,通过二氧化钒和石墨烯构建可重构超表面,实现太赫兹波偏振的动态调控。本文研究工作分为以下三个部分:1.研究了超表面实现太赫兹波偏振调控的基本理论,以及基于超表面的偏振调控器件的设计和优化方法;研究了二氧化钒和石墨烯的特性,以及基于二氧化钒和石墨烯超表面的太赫兹功能器件构建方法。2.基于金属-二氧化钒复合超表面结构,设计了具有宽带、高效和功能可切换的太赫兹偏振调控器件——半波片和四分之一波片。当线偏振太赫兹波垂直器件表面入射时,通过调节二氧化钒的温度,可对0.66-1.40THz频率范围内的太赫兹波实现交叉偏振转换,或者将线偏振波转换为圆偏振波,相对带宽为71.8%。此外,在一定角度范围的斜入射时,该偏振转换器也呈现出良好的性能。3.基于金属-石墨烯复合超表面设计了宽带可调谐太赫兹半波片和四分之一波片,当石墨烯费米能级为0eV时,在0.68-1.36 THz范围内,该器件具有半波片功能,偏振转换率大于90%。经过仿真验证,该半波片斜入射角度小于30°时也可以达到较好的效果。调节石墨烯费米能级至0.5eV时,在0.75-1.32THz范围内,该器件具有四分之一波片功能,椭圆率为0.99。此外,当费米能级从0-1eV变化时,可以实现偏振转换率的连续调控,偏振转换率可调节范围是90%-20%。本文提出的太赫兹波偏振动态调控方法,对太赫兹波主动调控器件的设计具有重要的参考价值。
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