【技术实现步骤摘要】
(一)本专利技术设计太赫兹器件及惠更斯优化计算领域，具体涉及一种产生安德森局域化效应的太赫兹超表面动态可调的方法，属于纳米光学领域。
技术介绍
0、(二)
技术介绍
1、太赫兹波也叫做t波、t射线，其电磁波频段位于红外线与微波之间，是频率范围大约在0.1thz到10thz的电磁辐射，在此频段内的电磁波谱也叫作太赫兹光谱。太赫兹波的特点：(1)具有高分辨率，能达到微波级别；(2)能穿透厘米级，即能穿透大部分介电材料，因此可以检测物体内的东西，具有“透视”的功能；(3)属于低能量，速度快，对人体无害，因此在国防、高速通信、防伪检测、图像处理等方面具有重大的应用前景。
2、安德森局域化是物理学最基本的概念之一，它最早的提出是安德森在1958年他的论文中提出：粒子群中的杂质浓度会影响布洛赫波函数的势能，随着粒子中杂质浓度的不断增加和时间的推移，波函数呈现指数态逐渐衰减的趋势，即波函数从扩展态逐渐变成局域态的过程。此项发现最初是在电学领域中提出，在随后几十年的发展里再渗透到了声学、力学、光学等，但目前的理论都是在瞬态的耦合系统中，而且大多都是基于耦合模中负对角线进行的研究，本专利技术首次在稳态耦合的情况下提出安德森局域化效应，此专利技术具有低损耗、体积小、效率高的特点。
3、耦合模理论(cmt)是指两个及两个以上的电磁波之间的相互影响，其可以发生在同一结构中，也可以发生在相邻的结构中，此概念由上世纪40年代j.r.皮尔斯最先提出。由于基于耦合模理论(cmt)的耦合超材料的量子经典类比，可以直接获得耦合超材
技术实现思路
0、(三)
技术实现思路
1、本专利技术提出的一种利用安德森局域化解耦的太赫兹波导设计的方法，此方法具有低损耗、体积小、效率高的特点。
2、本专利技术采用以下技术方案
3、一种利用安德森局域化解耦的太赫兹波导设计方法，所设计的波导为一维平面结构
4、所述超表面设计包括以下步骤
5、步骤s1、设计超表面的结构，包括承载波导的衬底厚度、波导的长度和宽度、衬底和波导的材料，并将不同结构数量的波导分别进行随机排列组合，太赫兹波的入射方向沿着z轴垂直入射，使光打在器件的中央，最终得到具有安德森局域化效应的波导阵列。
6、步骤s2、设定表示超表面在太赫兹场中的边界条件、频率段、端口的模式数，并将各个波导的随机阵列导入电磁场仿真软件中进行仿真，获得相应波导结构的透射谱。
7、步骤s3、推理验证耦合模理论在两个波导无耦合情况下的计算值与惠更斯原理计算值相同，即惠更斯原理与超材料结构之间不耦合的透射谱的等效性。随后利用耦合模理论计算多个波导阵列之间的耦合。利用matlab软件计算惠更斯原理的谱线作为原始图像，再将透射谱与惠更斯谱线进行两两相减，取它们的差值的绝对值的平均值d，将不同结构的d利用绘图数据处理软件绘制其趋势图线，最终得到在稳态系统上产生安德森局域化效应的结构。
8、所述步骤s2、的电磁场仿真软件为cst studio suite。
9、所述步骤s3、为预备步骤，用于设计太赫兹超表面的具体结构。分别设计了两组超表面，保持相邻周期不变，改变波导的长度。在超表面中设计了两种尺寸的波导组合(1)w1:100mm和190mm，(2)w2:150mm和160mm，用两组包含此结构额超表面进行不同距离的随机测试，画出两组波导在不同衬底周期和不同随机排列顺序下的结构图。
10、所述步骤s3、证明惠更斯原理与超材料结构之间不耦合的透射谱的等效性，以便之后做数值比较。首先验证两个无耦合波导之间cmt，
11、
12、其中透射谱的计算t＝1-ιm(χeff)和因此g＝0时的透射谱
13、
14、由(1)和(2)可得基于惠更斯原理的透射谱式中，ta和tb为单个a和b的透射谱。φa和φb为对应的相位谱。假设结构a和b的透射谱为近似的类洛伦兹线形，则近似中φa＝φb。因此，我们由惠更斯原理得到透射谱，为
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16、因此，基于惠更斯原理，g＝0时的cmt等效于透射谱。因此利用仿真与惠更斯原理之间的透射谱差来测量耦合强度。
17、所述步骤s3、计算利用耦合模理论计算多个波导阵列的耦合，考虑安德森局部化对耦合强度的影响超材料中长串耦合cmt可以写成:
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19、式中an、ωn、γn分别为第n个超材料的能量幅值、谐振频率和损耗，gn为第n个超材料与第n+1个超材料的耦合强度，此公式引入了对角线项(ωi和γi)和非对角线项(gn)中的随机数，其中ωi和γi依赖于结构的几何参数，而gn可以由结构之间的距离确定。因此之后通过给出超材料的随机结构和结构之间的随机距离，将随机数引入到公式中的对角项和非对角项中来产生安德森局域化效应。由此可以证明能用惠更斯原理来证明安德森局域化的解耦效应。
20、所述步骤s2、为模拟仿真阶段，将步骤s1、中的结构导入电磁仿真软件中进行模拟得到相应的透射谱，
21、所述步骤s3、将此透射谱线与数学建模软件模拟出的惠更斯计算谱线进行比较。由于安德森局域化的平均效应，模拟的透射谱应该是a和b结构所有可能组合的平均谱。在全波模拟的基础上将a和b的所有组合的所有频谱相加，然后除以总频谱数，记作其次，惠更斯原理的透射光谱可以数学建模软件模拟出的惠更斯计算谱线的数值。原始惠更斯效应的平均光谱计算应该是将结构a和结构b的所有可能构型相加，然后除以光谱总数。然而在本次推导中可以等效为的超材料结构，其中tar和tah之间的频谱差设为d，当d很大时，随机耦合的超材料体系和非耦合的超材料体系的平均透射谱差异很大，这意味着结构之间的耦合非常强。反之，当d＝0时，随机超材料耦合体系与非耦合体系的平均透射谱相同，即结构之间不存在耦合。因此可以用d值来说明随机性如何影响超材料耦合系统。
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1.一种利用安德森局域化解耦的太赫兹波导设计方法，其特征在于：所设计的是一维波导和金属结合的平面结构，波导包含两种尺寸并在金属衬底上随机排列，相邻波导之间距离相等；
2.根据权利要求1所述的一种利用安德森局域化解耦的太赫兹波导设计方法，其特征是，所述波导材料为金材料(GOLD)，衬底层由制成二氧化硅。
3.根据权利要求1所述的一种利用安德森局域化解耦的太赫兹波导设计方法，其特征是，所述波导采用两组结构(1)w1:100mm和190mm，(2)w2:150mm和160mm，两组波导的厚度均为0.2mm。
4.根据权利要求1所述的一种利用安德森局域化解耦的太赫兹波导设计方法，其特征是，所述衬底的厚度为80mm，宽为80mm，长为40～1000mm。
5.根据权利要求1所述的一种利用安德森局域化解耦的太赫兹波导设计方法，其特征是，通过外加太赫兹光束的方式对波导进行激发。
【技术特征摘要】
1.一种利用安德森局域化解耦的太赫兹波导设计方法，其特征在于：所设计的是一维波导和金属结合的平面结构，波导包含两种尺寸并在金属衬底上随机排列，相邻波导之间距离相等；
2.根据权利要求1所述的一种利用安德森局域化解耦的太赫兹波导设计方法，其特征是，所述波导材料为金材料(gold)，衬底层由制成二氧化硅。
3.根据权利要求1所述的一种利用安德森局域化解耦的太赫兹波导设计方法，其特征是，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：余茄禾，黄巍，刘丹，曹诗婷，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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