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《有限厚度金属狭缝对太赫兹脉冲的整形和滤波》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第58卷第6期2009年6月物理学报Vol.58,No.6,June,2009100023290P2009P58(06)P3658207ACTAPHYSICASINICAn2009Chin.Phys.Soc.3有限厚度金属狭缝对太赫兹脉冲的整形和滤波1)2)•1)1)1)刘海亮张同意朱少岚范文慧1)(中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室,西安710119)2)(中国科学院研究生院,北京100049)(2008年5月14日收到;2008年10月23日收到修改稿)用时域有限差分算法(FDTD)分析了有限厚度金属狭缝对太赫兹(TH
2、z)脉冲进行时空整形的效应和特性.分析表明:这种基于衍射方法的准光学技术手段对横向磁场(TM)模式THz脉冲有很好的整形和滤波作用,而对横向电场(TE)模式THz脉冲几乎没有整形和滤波作用,并运用平面光波导理论对所获得的数据模拟结果进行了定性说明.这些分析结果可在相关实验中予以考虑和采用.关键词:时空整形,FDTD,THz脉冲,狭缝滤波器PACC:0350,4110H,5235H脉冲时空整形技术大致可分为两类:第一类是主动11引言式,也叫直接方式,就是通过改变照射在THz发射器上的抽运光的强度,或者研制较复杂的THz脉冲发生太赫兹(THz)辐射,又称T
3、射线,通常指的是频器;第二类是被动式,也叫准光学方式,就是通过准光率在011—10THz(相应波长在3mm—30μm)之间学的手段,采用各种结构通过波的折射或衍射,对[28,29]的电磁波,在电磁波频谱中处于红外与微波之间,属THz脉冲直接整形.相比之下,前者在技术控制[1,2][30]于远红外波段.THz辐射可以分为频率在THz的上难度较大,后者操作起来相对容易.单频连续波(或准连续波)和频带宽度包括几个或几准光学技术中常用的一种折射或衍射的方法就十个太赫兹的窄THz脉冲.THz脉冲的频带可以覆是让光透过某种介质狭缝或小孔,从而使光波的波盖从GHz至
4、几十THz范围,这使得THz波在诸多领形加以改变,与之类似,预期当THz脉冲通过狭缝域有着广泛的应用前景,应用领域可能覆盖民用、工后也会发生波形的变化.本文采用时域有限差分算业、农业、医药、军事、航空、航天等广泛领域,成为当法(FDTD)数值模拟了二维横向磁场(TM)和横向电[3,4]前关于电磁辐射研究的前沿和热点.目前,人们场(TE)两种不同模式THz脉冲通过有限厚度金属[5—9]正大力发展THz时域光谱技术、T射线成像技狭缝后波形变化的情况.数值模拟结果证明了金属[10—12][13]术、THz脉冲测距技术等实用技术,同时也狭缝对THz脉冲所表现出
5、的高通滤波器特性,并分开展了大量利用THz脉冲对Rydberg原子的控析了其截止频率与狭缝的宽度和金属屏的厚度的[14—16]制,THz等离子结构材料、THz辐射驱动的半关系.[17—27]导体输运和光学性质的改变等基础科学问题的研究.21理论与模拟在THz脉冲的许多应用中往往需要特定脉冲形状和特定频谱成分的THz脉冲,这就需要对THz脉冲我们所研究的THz脉冲时空整形实验结构和进行时空整形.也就是通过某种方法使通常的THz脉装置如图1所示,其中图1(a)表示实际的实验装冲在时域上发生形状上的改变,这种脉冲在时域上的置,E为THz脉冲发射器,M1,M2
6、为金属屏,D为变化也将引起THz脉冲频率成分的改变.目前,THzTHz脉冲探测器.在具体的实验中可选用电导率比3国家重点基础研究发展计划(批准号:2007CB301405)、国家自然科学基金(批准号:60777017,10834015)、中国博士后科学基金和香港王宽诚教育基金资助的课题.•E2mail:lhl0020021student@sina.com6期刘海亮等:有限厚度金属狭缝对太赫兹脉冲的整形和滤波3659较大的铜材料作为金属屏;为了避免水蒸气对THz金属屏置于真空当中,同时金属屏材料的电导率趋脉冲的强吸收,可通过在封闭实验环境中充入氮气于无穷
7、大(理想金属),厚度为l,狭缝的宽度为d,等措施来消除水蒸气的影响.为了对这种结构进行观察点A在沿狭缝中心线上,距金属屏后端面的距数值模拟,我们构建了图1(b)所示的数值模拟区离为s,入射的THz场为理想二维平面波并沿着y[31]域,坐标系的选择如图1(b)所示.模拟过程中假设轴方向传播.图1THz脉冲时空整形(a)实验装置图,(b)仿真区域我们对TM和TE两种不同电场极化模式分别(x方向极化).在时间和空间上通过离散化二维进行模拟:对于TM波,入射电场方向平行于狭缝(zMaxwell方程,我们可以得到TM模式FDTD方[32,33]方向极化);对于T
8、E波,入射电场方向垂直于狭缝程为n+1P2n+1P2n+1nΔtEz(i,j+1)-Ez(i,
