【摘 要】
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目前,太赫兹科学与技术因其广泛的应用前景而成为研究热点。超短激光脉冲的发展和太赫兹时域光谱技术的出现,使得太赫兹辐射源以及太赫兹探测技术从理论研究走向实际应用。然
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目前,太赫兹科学与技术因其广泛的应用前景而成为研究热点。超短激光脉冲的发展和太赫兹时域光谱技术的出现,使得太赫兹辐射源以及太赫兹探测技术从理论研究走向实际应用。然而,太赫兹波段无源材料及器件的研究相对较少。因此,现阶段想要大力推进太赫兹科学与技术的发展,还需要加大对太赫兹波段功能材料及器件的研究。光子晶体作为调控光子能带结构和操控电磁波传输的高效材料在微波频率和光波段已经有大量研究成果。同时,日趋发展成熟的3D打印技术正在构成一种新的原型材料和器件的制备工艺,可方便地制作从毫米至微米甚至纳米特征尺度的微结构。根据麦克斯韦方程组的尺度不变性,我们利用微米精度的3D打印工艺制作太赫兹频段三维光子晶体,并结合数值仿真软件和太赫兹时域光谱系统,分别从仿真计算和实验测量两个方面研究了光子晶体结构在太赫兹波段的光谱性质。论文主要包括三个方面的工作:1)使用DLP光固化3D打印机制备三维光敏树脂光子晶体,并通过化学镀镍后处理的办法得到三维金属光子晶体;2)使用数值仿真软件对光敏树脂光子晶体进行透反射光谱的仿真,同时使用太赫兹时域光谱系统测量该光子晶体的光谱,揭示了由于材料损耗而存在于带隙两侧的Borrmann吸收调制效应;3)对于镀镍金属光子晶体,使用仿真软件计算样品的体能带结构和投影能带,然后基于太赫兹时域光谱系统实施角分辨透射谱测量,表征了一种独特的具有节线锁简并构型的能带。论文以三维简立方结构的光敏树脂光子晶体和金属光子晶体为例,在合成制作、仿真计算和实验表征三个方面进行了研究。我们的结果不但表明先进的光固化3D打印工艺特别适合太赫兹波段三维光子晶体合成,包括大面积、轻重量的金属光子晶体制作,而且在太赫兹波吸收体等功能材料的开发以及具有拓扑能带的三维光子晶体的研究等方面具有基础价值,在未来的毫米波、太赫兹波等新型通信材料和器件的设计方面具有潜在的应用价值。
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