【摘 要】
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近年来,超材料作为一种人工复合材料,由于具有天然材料所不具备的超常物理性质受到大批研究者的广泛关注。赝局域表面等离子体(Spoof-LSP)是一种存在于周期性纹理金属结构中的束缚电磁模式,与光学波段的局域表面等离子体(LSP)具有相似的特性。Spoof-LSP是LSP在低频波段的拓展,为设计紧凑、超薄、微波和太赫兹等离子体功能器件开辟了新的道路。基于这些研究重点,本论文研究了赝局域表面等离子体诱导
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近年来,超材料作为一种人工复合材料,由于具有天然材料所不具备的超常物理性质受到大批研究者的广泛关注。赝局域表面等离子体（Spoof-LSP）是一种存在于周期性纹理金属结构中的束缚电磁模式,与光学波段的局域表面等离子体（LSP）具有相似的特性。Spoof-LSP是LSP在低频波段的拓展,为设计紧凑、超薄、微波和太赫兹等离子体功能器件开辟了新的道路。基于这些研究重点,本论文研究了赝局域表面等离子体诱导透明窗口的太赫兹慢光效应。通过实验测试与理论模拟相结合,研究Spoof-LSP超材料的电磁响应特性及其实现太赫兹慢光调控的物理机制,探究具有高群延迟和偏振不依赖特性的太赫兹慢光器件的可行性。本论文分为以下三个部分:1.我们设计并通过实验论证一种具有最高群延迟超过42.4 ps的柔性平面超材料。该超表面单由一个环形的沟槽封闭腔和另一个同心属弧组成。通过调整金属弧的圆心角,金属弧的本征偶极模与沟槽封闭腔上的赝局部表面等离子体发生相消干涉,产生等离子体诱导透明的现象。运用太赫兹时域光谱法测量了制备样品的透射率,验证了扩展耦合洛伦兹振子模型的数值结果。结果表明,该结构的耦合系数和阻尼比与环形封闭腔环结构的半径有关。因此,在诱导透明窗的特定频率下,慢光的最大值在强度上变得可调控。2.我们演示了偏振不依赖的太赫兹慢光赝局域表面等离子体诱导透明窗口。比较了基于不同晶格布局的两种超表面,即C2和C4晶格对称。其中,具有C2晶格对称的超表面在0.3 THz左右的透明窗口中显示了5 ps的慢光效果,而具有C4晶格布局的超表面在0.3 THz时可以获得最大28 ps的群延迟。基于C4晶格对称布局的超表面,其透明窗口的耦合系数和阻尼比是基于C2晶格对称布局超表面的5倍。在具有C2晶格对称的超表面中,两本征模的相长干涉在透明窗口中引入了正群延迟,而在具有C2晶格对称的超表面中,两本征模的叠加形成了无明显耦合的透明窗口。结果表明,超表面的点群对称性或晶格结构对太赫兹脉冲的群速度有很大的影响,从而为太赫兹通信中偏振不依赖慢光器件的设计带来了灵活性。3.我们提出了一种偏振不依赖太赫兹阵列诱导的嵌入方形晶格诱导透明超表面。该晶格由两种具有相同周期的子晶格构成,一种为具有周期性沟槽的环形封闭腔,另一种为金属十字架。在太赫兹透射光谱中出现了明显的偏振不依赖的等离子体诱导透明现象,并从数值上预测其在0.37 THz的透明窗口处最大群延迟可达30 ps。超表面透射率的模拟结果验证了耦合洛伦兹振子模型数值模拟的结果。两种子晶格的集体本征模通过衍射耦合形成同相的相消干涉,从而产生诱导透明窗口,此时群延迟达到最大值,电极化率接近于零。
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