《太赫茲微結構功能器件》是2021年華東理工大學出版社出版的圖書，作者是常勝江。
基本介紹
- 書名：太赫茲微結構功能器件
- 作者：常勝江
- 出版社：華東理工大學出版社
- ISBN：9787562860754
內容簡介,圖書目錄,作者簡介,
內容簡介
本書從理論和實驗兩個方面對太赫茲波段常用功能材料的光學性質和亞波長微結構功能器件的諧振及傳輸特性進行了詳細的介紹。在功能材料方面,主要介紹了液晶雙折射材料、二氧化釩相變材料、石墨烯、二硫化鉬和碳納米管等二維納米材料、磁光材料。在人工微結構電磁材料方面,介紹了亞波長介質光柵、光子晶體、表面電漿、超材料、超表面等。按照實現的功能劃分,主要介紹了太赫茲調製器、偏振控制器、相移器、感測器、單向傳輸的環形器和隔離器、定向發射器等。
本書適用於從事太赫茲功能材料、太赫茲微結構功能器件等研究領域的工程技術人員,以及科研院所和大中專高校相關專業的學生和科研人員。
本書共分為9章,1章在簡單介紹太赫茲技術發展現狀的基礎上,對太赫茲功能器件的研究進展進行了重點介紹。第2章介紹了常用的金屬和介質材料在太赫茲波段的性質及理論計算模型,同時詳細介紹了光子晶體、表面電漿、亞波長介質光柵、超材料和超表面等人工電磁材料的性質、特點及理論模型。第3章介紹了太赫茲微結構器件的數值仿真計算方法以及太赫茲時域光譜系統的工作原理、特點和數據處理方法。第4章至第6章分別介紹了太赫茲調製器件、偏振控制器件、感測器件的新研究成果。第7章是具有鮮明特色的一章,主要介紹我們課題組在單向傳輸環形器、隔離器和偏振轉換器件方面的研究成果。第8章和第9章聚焦於太赫茲主動調控器件的研究進展。
圖書目錄
1 太赫茲技術及其功能器件概述001
1.1 太赫茲技術概述003
1.1.1 THz波的特性003
1.1.2 THz技術的套用005
1.1.3 THz源與探測技術的發展006
1.2 THz微結構功能器件概述009
1.2.1 關鍵THz功能器件研究進展009
1.2.2 THz微結構功能器件的主動調控018
參考文獻018
2 太赫茲人工微結構與功能材料基礎021
2.1 常見THz材料的性質023
2.1.1 材料在THz波段的介電模型023
2.1.2 常見金屬在THz波段的性質024
2.1.3 常見介質材料在THz波段的性質025
2.2 THz微結構功能器件的理論基礎026
2.2.1 THz光子器件的電磁理論基礎026
2.2.2 THz光子晶體028
2.2.3 THz表面電漿031
2.2.4 THz亞波長介質光柵035
2.2.5 THz超材料039
參考文獻043
3 太赫茲光子器件的仿真與實驗表征基礎045
3.1 數值仿真方法047
3.1.1 時域有限差分法047
3.1.2 有限元法050
3.1.3 平面波展開法050
3.2 太赫茲時域光譜技術051
3.2.1 太赫茲時域光譜系統的基本結構052
3.2.2 太赫茲時域光譜測量原理053
3.2.3 太赫茲時域光譜系統的衍生系統055
參考文獻060
4 太赫茲調製器件061
4.1 THz相變光子晶體調製器063
4.1.1 VO2相變及其在THz波段的性質063
4.1.2 THz相變光子晶體波導的結構與能帶特性064
4.1.3 THz相變光子晶體波導的傳輸與調控特性066
4.1.4 THz光子晶體的加工069
4.1.5 光控THz相變光子晶體的實驗研究072
4.2 THz表面電漿波導調製器076
4.2.1 金屬半導體表面電漿波導調製器076
4.2.2 半導體InSb在THz波段的性質077
4.2.3 器件的結構和模式特徵077
4.2.4 器件的調製特性079
4.3 電控雙肖特基柵陣THz調製器081
4.3.1 器件的結構與加工082
4.3.2 器件的電子學特性083
4.3.3 器件的傳輸和調製實驗085
4.3.4 數值模擬與理論分析088
4.4 基於二硫化鉬納米晶的THz超靈敏調製器091
4.4.1 矽基二硫化鉬納米晶的製備和THz波段的光學特性093
4.4.2 超靈敏的光泵浦調製094
4.4.3 光泵浦調製的機理分析與理論擬合095
4.4.4 二硫化鉬納米晶的調製增強效應099
參考文獻100
5 太赫茲偏振控制器件103
5.1 梯度光柵THz人工高雙折射及其相移器件105
5.1.1 梯度光柵器件的結構與雙折射實驗106
5.1.2 基於梯度光柵結構的半波片實驗113
5.2 基於介質金屬複合光柵的THz寬頻偏振轉換器件116
5.2.1 亞波長金屬線柵的偏光特性117
5.2.2 複合光柵的偏振轉換與單向傳輸特性118
5.3 介質“H”超表面偏振模式變換器122
5.3.1 器件結構123
5.3.2 介質光柵的雙折射特性及“H”超材料的偏振依賴特性123
5.3.3 介質“H”超表面的偏振模式變換特性125
5.4 基於碳納米管的THz偏振調控器件128
5.4.1 碳納米管簡介128
5.4.2 CNT薄膜的THz偏振特性實驗研究130
5.4.3 器件的結構與工作原理132
5.4.4 器件的實驗測試132
5.5 基於碳納米管柔性基底的THz主動偏振調控器件139
5.5.1 樣品的製備流程139
5.5.2 實驗測試140
5.5.3 理論模型145
5.5.4 偏振成像實驗147
參考文獻148
6 太赫茲感測器件151
6.1 THz光子晶體的導模諧振效應153
6.1.1 實驗結果與理論分析153
6.1.2 入射角度的影響157
6.2 基於THz光子晶體的微流體感測158
6.2.1 微流體的定性檢測實驗158
6.2.2 微流體的定量感測實驗159
6.3 微結構PMMA波導管的THz波傳輸及感測研究161
6.3.1 波導管微結構製備與THz實驗系統162
6.3.2 微結構波導管諧振特性的研究164
6.3.3 微結構波導管偏振特性的分析166
6.3.4 微結構波導管微量液體感測實驗167
6.4 THz超材料薄膜感測器的研究170
6.4.1 THz超材料薄膜感測器的加工製備與理論分析170
6.4.2 器件傳輸性能的測試和分析172
6.4.3 PVA材料在THz波段的性質174
6.4.4 器件的感測性能及分析174
6.5 機械可調諧太赫茲超材料及其應變感測178
6.5.1 柔軟基底材料在超材料上的套用178
6.5.2 單軸機械可調諧太赫茲超材料179
6.5.3 樣品的加工與實驗結果183
6.5.4 雙軸機械可調諧太赫茲超材料188
參考文獻191
7 太赫茲磁光器件193
7.1 THz磁光材料與磁光效應概述197
7.1.1 鐵氧體材料在THz波段的旋磁性質197
7.1.2 外磁場下半導體在THz波段的旋電性質199
7.1.3 太赫茲波的橫向磁光效應201
7.1.4 太赫茲波的縱向磁光效應202
7.2 磁矽光子晶體微腔THz環形器206
7.2.1 磁矽光子晶體微腔的結構設計206
7.2.2 磁矽光子晶體微腔的模式分析208
7.2.3 THz磁矽光子晶體環形器的非互易傳輸與調控210
7.3 磁控THz磁流體光子晶體及其感測套用212
7.3.1 磁流體的光學特性212
7.3.2 磁流體的磁光特性215
7.3.3 磁流體填充THz光子晶體的實驗與分析219
7.4 金屬磁光表面電漿THz隔離器224
7.4.1 金屬磁光表面電漿波導的色散和模式特徵分析225
7.4.2 金屬磁光表面電漿波導的非互易傳輸與調控227
7.4.3 金屬磁光表面電漿透鏡的色散特性230
7.4.4 金屬磁光表面電漿透鏡的非互易傳輸與調控233
7.5 THz磁光超表面隔離器237
7.5.1 器件的非互易傳輸特性與產生機制238
7.5.2 器件的可調節性240
7.5.3 柱型磁光超表面結構的太赫茲隔離器及磁場感測器242
7.5.4 外磁場強度感測245
7.6 THz法拉第磁光偏振轉換器246
7.6.1 雙層磁電漿的結構與工作原理247
7.6.2 器件的傳輸特性248
7.6.3 器件的工作機理與結構最佳化250
參考文獻253
8 太赫茲液晶可調控器件255
8.1 太赫茲波段液晶簡介257
8.1.1 液晶的分類與性質257
8.1.2 THz波段液晶材料的研究現狀259
8.2 隨機分布液晶層在THz波段的光學特性261
8.2.1 實驗材料與測試系統262
8.2.2 實驗結果與分析263
8.2.3 液晶在THz波段的磁致雙折射263
8.2.4 可調控THz相位延遲器266
8.2.5 液晶BNHR的動態回響267
8.3 基於雙頻液晶的電控太赫茲波片269
8.3.1 樣品的製作和測試方法269
8.3.2 無外加電場時雙頻液晶的太赫茲光學性質271
8.3.3 外加電場下雙頻液晶光學各向異性272
8.4 電控太赫茲EIT與EIA超材料器件的研究277
8.4.1 液晶超材料的製備277
8.4.2 液晶E7在THz波段的電場驅動特性278
8.4.3 液晶超材料在THz波段的EIT和EIA效應281
8.4.4 電場調控器件EIA效應的實驗結果及原理分析285
8.5 THz人工高雙折射及其相移器的研究287
8.5.1 柵格複合介質超表面結構的EIT效應和人工高雙折射效應287
8.5.2 基於柵格複合介質超表面結構的液晶相移器研究291
參考文獻294
9 太赫茲石墨烯主動調控器件297
9.1 石墨烯在THz波段的電磁性質299
9.1.1 石墨烯的能帶結構與電導率299
9.1.2 石墨烯的製備301
9.2 基於石墨烯的THz定向發射器302
9.2.1 器件的結構及THz波段石墨烯的電控性質303
9.2.2 器件性能模擬與結果分析305
9.3 基於石墨烯電漿陣列結構的THz放大器308
9.3.1 器件的研究背景及其結構308
9.3.2 石墨烯的負電導率性質310
9.3.3 器件的物理機理311
9.3.4 器件的可調諧性及其最佳化313
9.4 基於石墨烯和液晶的寬頻可調諧四分之一波片317
9.4.1 基於電控石墨烯光柵的窄帶QWP 318
9.4.2 基於電控液晶石墨烯光柵的寬頻可調諧QWP 322
參考文獻326
索引329
作者簡介
常勝江，男，博士，南開大學電子信息與光學工程學院教授、博士生導師，現代光學研究所副所長。《數據採集與處理》、《光電子雷射》學報編委，中國光學學會會員，中國儀器儀表學會高級會員，教育部高等學校光電信息科學與工程專業教學指導分委員會協作委員。
范飛，常勝江，男，博士，南開大學電子信息與光學工程學院副教授，碩士生導師。近年來，已在光電子學主流學術期刊上發表論文80餘篇，其中作者或通訊作者被SCI/EI收錄50篇，H因子17，二區以上高水平論文25篇，以發明人授權國家發明專利6項，主持和參與科技部973、863、自然科學基金等國家和省部級科研項目8項。主要研究方向為太赫茲微納光子器件及新穎電磁材料。
