基于FDTD理论的亚波长金属小孔阵列的太赫兹透射模拟研究

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本论文利用时域有限差分(FDTD)方法,通过理论模拟,研究了铜箔上亚波长阵列结构的太赫兹透射增强现象。具体研究内容如下:1.实验研究已经表明,当太赫兹波通过铜箔上以H型分形结构为单元的阵列时,会产生明显的透射增强现象。本论文利用基于FDTD方法编制的数值模拟软件,对这种透射行为进行模拟,并对模拟结果进行分析,探究了金属分形结构对这种透射增强现象的影响。我们对太赫兹波的入射和透射过程进行了模拟,并通过CONCERTO 6.0软件模拟展示了电磁波的传播过程以及结构内部的电场分布。为了与实验结果相比较,我们还模拟了缺少某一级分形线的分形结构的透射,模拟结果和实验结果吻合得都很好。研究结果表明,在低频区的透射增强,主要是由低级分形线中电子运动的共振引起的,而高频区的透射增强,则主要由高级分形线中电子运动的共振引起的,即分形结构的局域共振效应是透射增强的主要原因。这些结果表明,金属上分形结构狭缝是一个具有频率选择特性的太赫兹波导。垂直入射的THz波被限制在结构表面并且与金属表面等离子体耦合而沿着分形线传播,进而通过狭缝透射到金属结构的另外一侧,产生透射增强现象。2.对相同面积不同长宽比的周期性金属矩形孔阵列的太赫兹透射做了模拟,主要研究了矩形孔长度和宽度方向上电场的分布,同时模拟结果与实验测量的透射谱相一致。本论文对亚波长金属小孔阵列透射的模拟研究,为实验结果的验证,以及太赫兹光学器件的进一步设计,提供了有力的数值分析和设计依据。同时,从理论上探究了在太赫兹波段小孔阵列透射增强现象的本质,这为今后在太赫兹波段的选频器件的开发,提供了理论指导。
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