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基于曲折线型介质超材料的宽带太赫兹四分之一波片

葛栋森,  许全,  魏明贵,  张学迁,  韩家广

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葛栋森, 许全, 魏明贵, 张学迁, 韩家广. 基于曲折线型介质超材料的宽带太赫兹四分之一波片[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(9): 921002-0921002(5). doi: 10.3788/IRLA201746.0921002
引用本文: 葛栋森, 许全, 魏明贵, 张学迁, 韩家广. 基于曲折线型介质超材料的宽带太赫兹四分之一波片[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(9): 921002-0921002(5). doi: 10.3788/IRLA201746.0921002
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Ge Dongsen, Xu Quan, Wei Minggui, Zhang Xueqian, Han Jiaguang. Broadband terahertz quarter wave plate based on meander-line dielectric metamaterials[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(9): 921002-0921002(5). doi: 10.3788/IRLA201746.0921002
Citation: Ge Dongsen, Xu Quan, Wei Minggui, Zhang Xueqian, Han Jiaguang. Broadband terahertz quarter wave plate based on meander-line dielectric metamaterials[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(9): 921002-0921002(5). doi: 10.3788/IRLA201746.0921002
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基于曲折线型介质超材料的宽带太赫兹四分之一波片

doi: 10.3788/IRLA201746.0921002
  • 1.

    天津大学 精密仪器与光电子工程学院 光电信息技术科学教育部重点实验室天津大学太赫兹波研究中心,天津 300072

详细信息
    作者简介:

    葛栋森(1990-)，男，硕士生，主要从事太赫兹偏振器件方面的研究。Email:gedonsen@163.com

    通讯作者: 张学迁(1988-),男,讲师,主要从事太赫兹人工电磁微结构方面的研究。Email:alearn1988@tju.edu.cn

  • 中图分类号: O433

Broadband terahertz quarter wave plate based on meander-line dielectric metamaterials

  • 1.

    Center for Terahertz Waves,Key Laboratory of Optoelectronics Information and Technology(Ministry of Education),School of Precision Instrument and Optoelectronics Engineering,Tianjin University,Tianjin 300072,China

  • 摘要: 采用基于高阻硅的曲折线型（meander-line）介质超材料，设计了一种宽带的太赫兹四分之一波片，可以在较宽的频率范围内将入射的线偏振太赫兹波转换为圆偏振太赫兹波出射。三维全波模拟显示，通过恰当地设计超材料微结构的几何尺寸，可以调节微结构的双折射特性，进而改变沿微结构两个正交方向偏振的太赫兹波的透射振幅和相位，使之振幅相近（约0.55），相位相差90。实验上，通过离子束刻蚀硅的方法按照设计加工了一个样品，并利用太赫兹时域频谱系统进行了表征。实验结果和模拟结果吻合得很好，实现了带宽在1.07~1.41 THz范围内有效的四分之一波片，对应的归一化椭圆率高达0.99，证实了该设计的有效性。此外，还通过改变微结构的几何参数，进一步在模拟上设计了两个在其他太赫兹波段工作的四分之一波片，证明了该微结构的可调谐特性。
    Abstract: In this work, a broadband terahertz quarter wave plate was designed using high-resistance silicon based on meander-line dielectric metamaterials, which could convert the terahertz linear-polarization incidence to circular-polarization output. The 3D full-wave simulation shows that the birefringence property of the structure can be freely adjusted by properly designing the geometric parameters, which allows to engineer the transmission amplitudes of two orthogonal terahertz linear polarizations to be close to each other(about 0.55), while the phase difference to be 90. Based on the design, a terahertz quarter wave plate was fabricated using ion-beam etching method, and then experimentally characterized using terahertz time-domain spectroscopy system. The experimental results agree well with the simulations, which indicates that a broadband terahertz quarter wave plate that functions at 1.07-1.41 THz with a high normalized ellipticity over 0.99 was realized, demonstrating the validity of our designing scheme very well. Besides, by changing the geometrical parameters of the structure, two different broadband terahertz quarter wave plates that function at other frequency ranges were further designed, which confirms the tunability of the proposed structure.
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-01-05
  • 修回日期:  2017-02-11
  • 刊出日期:  2017-09-25

基于曲折线型介质超材料的宽带太赫兹四分之一波片

doi: 10.3788/IRLA201746.0921002
  • 1. 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 光电信息技术科学教育部重点实验室天津大学太赫兹波研究中心,天津 300072
    • 作者简介:

    葛栋森(1990-)，男，硕士生，主要从事太赫兹偏振器件方面的研究。Email:gedonsen@163.com

    通讯作者: 张学迁(1988-),男,讲师,主要从事太赫兹人工电磁微结构方面的研究。Email:alearn1988@tju.edu.cn
  • 收稿日期: 2017-01-05
  • 修回日期: 2017-02-11
  • 刊出日期: 2017-09-25

  • 中图分类号: O433

摘要: 采用基于高阻硅的曲折线型（meander-line）介质超材料，设计了一种宽带的太赫兹四分之一波片，可以在较宽的频率范围内将入射的线偏振太赫兹波转换为圆偏振太赫兹波出射。三维全波模拟显示，通过恰当地设计超材料微结构的几何尺寸，可以调节微结构的双折射特性，进而改变沿微结构两个正交方向偏振的太赫兹波的透射振幅和相位，使之振幅相近（约0.55），相位相差90。实验上，通过离子束刻蚀硅的方法按照设计加工了一个样品，并利用太赫兹时域频谱系统进行了表征。实验结果和模拟结果吻合得很好，实现了带宽在1.07~1.41 THz范围内有效的四分之一波片，对应的归一化椭圆率高达0.99，证实了该设计的有效性。此外，还通过改变微结构的几何参数，进一步在模拟上设计了两个在其他太赫兹波段工作的四分之一波片，证明了该微结构的可调谐特性。

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