[实用新型]局部分级深度材料光栅超慢太赫兹波导

说明书

技术领域

本实用新型涉及金属或半导体光栅、波导技术领域，具体讲，涉及基于局部分级深度金属或半导体光栅的超慢太赫兹波导。

技术背景

太赫兹波是指频率在0.1THz至10THz之间，波长在0.03mm-3mm之间的电磁波，其所处的特殊位置使太赫兹技术成为连接电子学和光子学的桥梁，通过线性波导精确操控赫兹波的传输速度一直是光学领域的重大研究课题，降低并控制太赫兹波的速度对于太赫兹波段光调制器、传感器、非线性增强等技术的研究具有重要意义，太赫兹慢光技术在近场成像、生物传感方面有着广阔的应用前景。

表面等离子体激元(SPPs)已被证实可通过亚波长金属结构限制和控制电磁波的传输，不同结构的表面结构会对电磁波场的传输特性产生很大的影响，该结构已被应用与慢光的研究当中，金属对于太赫兹波来说是良导体，刻有凹槽的周期结构金属表面能够限制太赫兹波段的电磁场传输，表面等离子体激元的色散关系能够通过设计表面光栅的参数确定。

基于表面等离子体激元的上述特性，人们已经发现分级深度光栅结构能够限制、聚焦、减慢甚至停止金属表面太赫兹波的传输，所以为了精确计算太赫兹波传输速率以及实现超慢太赫兹波传输，有必要研究一种只需要改变分级深度光栅的参数即可实现太赫兹波低速传输的超慢太赫兹波导。

发明内容

为克服现有技术的不足，本实用新型旨在解决太赫兹波低速传输的问题，提供一种基于分级深度金属或半导体光栅结构的太赫兹超慢波导，波导参数和传输速率之间的关系通过适当的理论方法得以确定。为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是，局部分级深度材料光栅超慢太赫兹波导，在局部分级深度材料表面刻写有周期形式的凹槽，凹槽深度一部分固定不变，另一部分分级变化，具体为前半段太赫兹传播起始阶段为渐变深度，以降低太赫兹波沿光栅表面传播的传播速度，如一直渐变可使太赫兹波的传播速度最终降低为零，从而使太赫兹波停止在渐变深度光栅表面，后半段凹槽深度固定不变，以使太赫兹波以某一速度一直传播。

通过设计特定凹槽深度和周期，对不同频率的太赫兹波传输速率进行控制，从而实现某一特定太赫兹波长在指定位置处停止传输或以预先设计的速度传播。

凹槽深度和周期具体为：光栅周期为50μm，宽度为25μm，深度起始位置为30μm，以后按步长1～2μm逐渐加深。

局部分级深度材料为金属或半导体材料。

局部分级深度材料光栅超慢太赫兹调制方法，借助于前述波导实现，并包括如下步骤：

前述波导即基于太赫兹波段表面等离子体激元的金属结构可看做完美导体，在x方向传输的TM偏振(Ex，Ez，Hy)的电磁波的色散关系可用下式表示：

k=ωc1+w2p2tan(ωcd)]]>

式中k为波矢，ω为角频率，c为真空中的光速，w,p,d分别为光栅的宽度，周期，以及深度，改变凹槽的深度(d)获得不同的色散关系；

太赫兹波的群速度可以通过对上式求导数得到，结果可以用下式表示：