[發(fā)明專利]局部分級深度材料光柵超慢太赫茲調(diào)制方法及波導(dǎo)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310376280.1
• 申請日: 2013-08-26
• 公開（公告）號: CN103414000A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 史偉;郭寶山;姚建銓
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: H01P3/00
• 分類號: H01P3/00;H01Q15/00;G02B6/124
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 劉國威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬或半導(dǎo)體光柵、波導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域，具體講，涉及基于局部分級深度金屬或半導(dǎo)體光柵的超慢太赫茲波導(dǎo)。

技術(shù)背景

太赫茲波是指頻率在0.1THz至10THz之間，波長在0.03mm-3mm之間的電磁波，其所處的特殊位置使太赫茲技術(shù)成為連接電子學(xué)和光子學(xué)的橋梁，通過線性波導(dǎo)精確操控赫茲波的傳輸速度一直是光學(xué)領(lǐng)域的重大研究課題，降低并控制太赫茲波的速度對于太赫茲波段光調(diào)制器、傳感器、非線性增強等技術(shù)的研究具有重要意義，太赫茲慢光技術(shù)在近場成像、生物傳感方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

表面等離子體激元(SPPs)已被證實可通過亞波長金屬結(jié)構(gòu)限制和控制電磁波的傳輸，不同結(jié)構(gòu)的表面結(jié)構(gòu)會對電磁波場的傳輸特性產(chǎn)生很大的影響，該結(jié)構(gòu)已被應(yīng)用與慢光的研究當(dāng)中，金屬對于太赫茲波來說是良導(dǎo)體，刻有凹槽的周期結(jié)構(gòu)金屬表面能夠限制太赫茲波段的電磁場傳輸，表面等離子體激元的色散關(guān)系能夠通過設(shè)計表面光柵的參數(shù)確定。

基于表面等離子體激元的上述特性，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)分級深度光柵結(jié)構(gòu)能夠限制、聚焦、減慢甚至停止金屬表面太赫茲波的傳輸，所以為了精確計算太赫茲波傳輸速率以及實現(xiàn)超慢太赫茲波傳輸，有必要研究一種只需要改變分級深度光柵的參數(shù)即可實現(xiàn)太赫茲波低速傳輸?shù)某掌澆▽?dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在解決太赫茲波低速傳輸?shù)膯栴}，提供一種基于分級深度金屬或半導(dǎo)體光柵結(jié)構(gòu)的太赫茲超慢波導(dǎo)，波導(dǎo)參數(shù)和傳輸速率之間的關(guān)系通過適當(dāng)?shù)睦碚摲椒ǖ靡源_定。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，局部分級深度材料光柵超慢太赫茲波導(dǎo)，在局部分級深度材料表面刻寫有周期形式的凹槽，凹槽深度一部分固定不變，另一部分分級變化，具體為前半段太赫茲傳播起始階段為漸變深度，以降低太赫茲波沿光柵表面?zhèn)鞑サ膫鞑ニ俣龋缫恢睗u變可使太赫茲波的傳播速度最終降低為零，從而使太赫茲波停止在漸變深度光柵表面，后半段凹槽深度固定不變，以使太赫茲波以某一速度一直傳播。

通過設(shè)計特定凹槽深度和周期，對不同頻率的太赫茲波傳輸速率進行控制，從而實現(xiàn)某一特定太赫茲波長在指定位置處停止傳輸或以預(yù)先設(shè)計的速度傳播。

凹槽深度和周期具體為：光柵周期為50μm，寬度為25μm，深度起始位置為30μm，以后按步長1～2μm逐漸加深。

局部分級深度材料為金屬或半導(dǎo)體材料。

局部分級深度材料光柵超慢太赫茲調(diào)制方法，借助于前述波導(dǎo)實現(xiàn)，并包括如下步驟：

前述波導(dǎo)即基于太赫茲波段表面等離子體激元的金屬結(jié)構(gòu)可看做完美導(dǎo)體，在x方向傳輸?shù)腡M偏振(Ex，Ez，Hy)的電磁波的色散關(guān)系可用下式表示：

k=ωc1+w2p2tan(ωcd)]]>

式中k為波矢，ω為角頻率，c為真空中的光速，w，p,d分別為光柵的寬度，周期，以及深度，改變凹槽的深度(d)獲得不同的色散關(guān)系；

太赫茲波的群速度可以通過對上式求導(dǎo)數(shù)得到，結(jié)果可以用下式表示：