太赫兹超材料谐振单元中的模式耦合效应研究

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1、上海师范大学硕士学位论文摘要论文题目：太赫兹超材料谐振单元中的模式耦合效应研究学科专业：凝聚态物理学位申请人：宋志强导师：赵振宇副研究员摘要近几年来,随着超材料在太赫兹技术中的应用，超材料在太赫兹技术中扮演着越来越重要的角色，因此实现具有宽带共振响应和低损耗等性能的超材料成为太赫兹技术应用领域中的一个研究重点。本论文基于这些研究重点，我们研究了不同超材料结构单元中的模式耦合效应。采用实验与理论相结合的方式，研究超材料的电磁响应特性和超材料实现太赫兹调制的物理机制，探究具有良好性能的太赫兹超材料的可行性。本论文的研究内容分为以下三个板块：1.构造C形互补性开口环(CSRRs)结构，研究C

2、SRRs太赫兹共振模式中的跷跷板效应。低频共振模式的透射强度随着CSRRs开口的增大呈现单调递增，与此相比，高频共振的透射强度逐渐减小。通过模拟CSRRs的表面电流和电场分布，研究跷跷板效应的产生原理。LC共振是引发低频共振的主要原因，然而偶极子振荡对高频共振起着支配作用。通过调节CSRRs的开口的尺寸，可以平衡双共振模式的透射强度，从而使得双共振模式透射强度相等。这种透射强度的跷跷板效应可以使得CSRRs在太赫兹双通带滤波器有着广泛的应用。2.我们研究分形金属超原子结构中太赫兹电磁响应的不同耦合模式机制。金属超原子由多个共心方形共振器(CRS)组成。设计两种不同的金属超原子结构：相互

3、独立的CRS(I-CRS)和相互连接的CRS(J-CRS)。在I-CRS中，每一个维度CRS作为独立的共振器工作。因此，当I-CRS的维度超过1时，I-CRS存在多个共振模式。然而J-CRS由于不同维度的共振器依次旋转π/2，因此J-CRS中的共振器相互连接。在J-CRS中，多共振模式耦合成单共振模式。分形维度增加使得I-CRS的共振频率发生红移，然而J-CRS发生蓝移。当分形维度小于4时，J-CRS的共振模式的品质因子大于I-CRS低频品质因子并且小于高频共振品质因子。当分形维度不小于4时，J-CRS的品质因子高于I-CRS的品质因子。与此同时，随着分形结构维度增加，I-CRS的调制

4、深度减小,然而J-CRS的调制深度逐渐增大。表面电流分析表明I-CRS结构中的电容耦合导致共振频率红移，同时，J-CRS的蓝移是由于结构中的电感耦合引起的。金属超原子中的J-CRS彼此之间存在电感耦合可以使得品质因子和调制深度增加。I摘要上海师范大学硕士学位论文3.我们通过共振失谐效应研究混合平面超材料在太赫兹频段的类等离子体诱导透明(PIT-like)效应的演变过程。每个混合平面超材料单元中包含两种不同类型的偶极子振荡的共振器：金属线(CW)和镜像对称双U形共振器(SU)。在太赫兹频谱中，两种共振器的混合平面超材料模式(CW/SU)使得在双边吸收模式中间出现透明峰。电流和电场分布结果

5、表明金属线和对称双U形共振器由于近场耦合效应引起LC共振。LC模式支配双边吸收模式的低频共振，然而高频模式是由于偶极子共振模式耦合相互叠加引起的。通过改变金属线的长度使得LC共振增强，同时使得三偶极子共振叠加效应减弱。通过控制失协量，可以在两个模式之间诱导出一个透明峰。然而，该透明峰不能实现太赫兹波的群速度延迟效应。综上所述，类等离子体诱导透明效应可以使混合平面超材料在太赫兹双带滤波器或缓冲器中存在着广泛应用。关键词：太赫兹超材料；互补性开口谐振环；分形结构；品质因子；模式耦合；类等离子体诱导透明论文类型：应用基础IIShanghaiNormalUniversityMasterofPh

6、ilosophyAbstractThesisTitle:ThemodeinteractioninbetweentheunitcellsofTHzmetamaterialsMajor:CondensedMatterPhysicsDegreeApplicant:ZhiqiangSongAdviser:Associateprof.ZhenyuZhaoAbstractRecently,withthedevelopmentofmetamaterialsinterahertztechnology,metamaterialsinterahertztechnologyplayamoreandmorei

7、mportantrole.Oneofthehottestpointistoachieveacost-effectivemetamaterialwithbroadbandresponseandlowloss.Owingtoabovereasons,weinvestigatethemechanismofmodeinteractioninmetamaterialsofdifferentunitcell.Withthehelpofexperimenta