基于介质超材料的太赫兹偏振和相位控制
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作者:
作者单位:

(1.天津大学 精密仪器与光电子工程学院,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津大 学太赫兹波研究 中心,天津300072; 2.中国科学院 微电子研究所,北京 100029; 3.美国俄克拉荷马州立 大学 电气与计算机工程系,俄克拉荷马 74078)

作者简介:

张学迁(1988-),男,天津武清人,博士研究生,主要从事太 赫兹超材料方面的研究.

通讯作者:

中图分类号:

基金项目:

国家重点基础研究发展计划(2014CB339800)、高等学校博士学科点专项科研基金资助课题 (20110032120058)、国家自然科学基金(61427814,61138001,61205098,和61422509)资助项目 (1.天津大学 精密仪器与光电子工程学院,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津大学太赫兹波研究 中心,天津300072; 2.中国科学院微电子研究所,北京 100029; 3.美国俄克拉荷马州立大学电气与计算机工程系,俄克拉荷马 74078)


Terahertz polarization and phase control using dielectric metamaterials
Author:
Affiliation:

(1.Center for Terahertz Waves and School of Precision Instrument and Optoelectro nics Engineering,Tianjin University and the Key Laboratory of Optoelectronics I nformation and Technology (Ministry of Education),Tianjin 300072,China; 2.Instit ute of Microelectronics of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100029,China; 3. School of Electrical and Computer Engineering,Oklahoma State University,Stillw ater 74078,USA)

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    摘要:

    采用基于介质高阻硅超材料,设计了太赫兹(TH z)波段高效率(>64%)宽带的偏振转换器,并介 绍了利用该器件控制相位的方法。采用8个不同尺寸的介质微结构作为控制相 位的基本单元, 通过恰当地排布它们的空间位置,设计了一个高效率、超宽带的THz波异常偏折 器,其有效工 作带宽范围为0.75~1.50THz,在1.25THz处 效率最高可达70%以上,且偏折角度与频率相关, 符合广义斯涅尔定律的描述。实验中,采用了自主搭建的角度分辨的光纤化THz时域 频谱系统对设计的 器件进行了表征,实验结果和仿真模拟及理论预测结果非常吻合。这种基于介质超材料的方 法,克服了传 统金属超材料中欧姆损耗的问题,且设计简单,加工方便。

    Abstract:

    A high efficiency (>64%),broadband terahertz (THz) polarization converter is designed by employing a dielectric metamaterial made from high-impedance silicon.The working principle can be related to that of a traditional half waveplate.More interesting,such a dielectric metamaterial can a lso be applied in controlling the output phase of the cross-polarized wave.On the basis of such a device,8di fferent dielectric structure unit cells are selected from numerous simulations for realizing the phase control.By prope rly engineering the spatial arrangement of these unit cells to form a linear phase profile at the interface, a high efficiency,broadband terahertz anomalous deflector is further designed.The effective working frequency range c overs 0.75THz to 1.25THz with the highest deflection efficiency of more than 70% at 1.25THz,which is much stronge r than that of its metallic single-layer metamaterial counterpart (10%).Meanwhile,the deflection angle is strongly related to the frequency, obeying the generalized Snell′s law.To experimentally characterize the propose d device,an angle-resolved,fiber- based terahertz time-domain spectrometer is employed.The experimental results show a good agreement with the simulation and theoretical prediction.Such dielectric metamaterials overcome th e intrinsic ohmic loss problem of conventional metallic metamaterials,and are also very easy to design and fabric ate.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

张学迁,张慧芳,田震,谷建强,欧阳春梅,路鑫 超,韩家广,张伟力.基于介质超材料的太赫兹偏振和相位控制[J].光电子激光,2015,26(11):2133~2140

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  • 收稿日期:2015-08-05
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  • 在线发布日期: 2015-12-17
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