基于金属微纳颗粒的太赫兹功能器件

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随着太赫兹技术的发展,对太赫兹功能器件的需求越来越多样化。针对功能器件的材料选择及制备这一核心问题,本文着重进行了讨论。由于纯金属材料对于太赫兹波的反射系数很高,因此在通常情况下,纯金属材料器件只作为太赫兹波反射材料使用。而金属微纳颗粒材料对太赫兹波有散射作用,能够有效透过太赫兹波,采用金属微纳颗粒材料给用金属材料构建太赫兹透射式器件提供了一种新的可行性方法。本文主要是利用金属微纳颗粒在太赫兹波段的散射透过性质,制备出金属微纳颗粒薄膜。不同于纯金属膜,这种薄膜在太赫兹波段具有高折射率的同时,仍具有高透过率。本文利用金属微纳颗粒的这一特性,提出了“掩膜填充法”,并利用该方法制备了金属微纳颗粒薄膜的太赫兹衍射光栅。与传统金属光栅相比,在实验上证明了对入射的太赫兹波实现了一级衍射效率的增强;在理论上对这种混合调制的太赫兹透射光栅进行了详细的分析和解释。本文的另一种对金属微纳颗粒加工太赫兹器件的方法是“背向烧结法”,即通过飞秒激光背向烧结金属微纳颗粒薄膜实现了金属线栅结构。利用太赫兹时域频谱技术对制备器件的太赫兹波的响应特性进行了实验验证。通过对测量结果的分析和给出了合理的解释。本论文工作对金属微纳颗粒材料在太赫兹波段的应用提供了有益参考。本论文主要分为以下几个部分:1.利用偏振修正和入射功率提高的方法优化了太赫兹时域频谱系统(THzTDS),提高了系统探测信号的信噪比,优化了输出太赫兹脉冲波形。2.提出并利用掩膜填充法分别制备了铜、锡、镍三种金属微纳颗粒薄膜,并利用THz-TDS系统对铜、锡、镍微纳颗粒薄膜在太赫兹波段的透过系数进行了测量和分析,获得了三种金属微纳颗粒薄膜在太赫兹波段的折射率和透过率等参数。3.利用掩膜填充法制作了铜、锡、镍金属微纳颗粒的太赫兹透射光栅。通过对其在太赫兹波段的一级衍射效率的测量,证明了该类器件具有明显高于相同纯金属光栅的一级衍射效率,并从金属微纳颗粒材料的散射和透射特性对该类光栅进行了理论分析。4.采用飞秒激光背向直接烧结金属微纳颗粒薄膜加工金属线的方法,在基片上直接制备出金属材料太赫兹线栅。该方法具有加工精度高,加工线径细,易于操控等优点。并对所加工线栅的太赫兹偏振特性进行了测量,对加工参数进行了优化研究,对实验现象进行了合理解释。
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