【摘要】：器件的x y方向设为周期性边界条件,而z方向设为开放性边界条件。当入射THz波的偏振方向为x方向时,在0.832 THz处存在一个强度为32 dB、Q值为27的谐振峰。对于微量传感而言,希望传感器能提供强度更高的局域增强效应,从而增强THz波与待测物之间的作用强度,提高传感的精度和灵敏度。图6.20(a,b)实验和模拟得到的裸超材料结构的透过率谱;(c,d)水平和竖直偏振时透射谐振峰位置处的电场分布图[10]
将测得的时域信号做傅里叶变换,再用空气信号作为参考将其归一化,就可以得到不同入射偏振态下器件的传输光谱,如图6.20(a)所示。图6.20(b)为利用FDTD算法模拟得到的结果。模拟时将金属铜设为完美电导体,硅的参数采用实验测试得到的数据,折射率为3.4,吸收系数为1 cm-1。器件的x y方向设为周期性边界条件,而z方向设为开放性边界条件。当入射THz波的偏振方向为x方向时,在0.832 THz处存在一个强度为32 dB、Q值为27的谐振峰。用FDTD算法画出其在谐振频率下超材料表面的电流分布,如图6.20(c)所示。从图中可以看出,此时电流主要分布在单元结构上下的两条横向金属条上,这是一种电偶极子谐振。而当入射THz波的偏振方向为y方向时,器件将会发生电感-电流(LC)谐振,其电流分布如图6.20(d)所示。结构中心的竖直金属条充当电感,而两侧的开口则起到电容的作用,电流在这两部分中反复流动从而形成LC谐振,在传输光谱上表现为在0.40 THz处出现一个强度为16 dB的谐振峰。对于微量传感而言,希望传感器能提供强度更高的局域增强效应,从而增强THz波与待测物之间的作用强度,提高传感的精度和灵敏度。对于上述超材料样品,电偶极谐振的谐振峰具有更高的Q值,即具有更高的谐振强度,可以极大地增强电磁波与待测物间的相互作用强度,同时也便于更精确地确定谐振的中心频率。此外,更高的谐振频率对应着更短的波长,也可以给予传感器更高的灵敏度,因此这里选择沿x方向入射的偏振光进行后续的传感实验。
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图6.20
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