脉冲电磁波在金属凹槽上的散射特性研究

武汉国家光电实验室太赫兹光电子学团队的丁岚博士在导师刘劲松教授的指导下研究了高斯型脉冲电磁波在对称双槽上的散射特性。研究工作得出了散射脉冲在时域和频域的解析表达式。

随着亚波长光学的发展，人们对电磁波在具有凹槽的金属平面上发生的散射和共振进行了广泛而深入的研究，希望通过这些工作洞悉亚波长结构与电磁波作用的物理过程，并将成果应用于光学集成和人工材料的制造。为了简化问题，过去的研究绝大多数都是针对单色连续电磁波进行的，而对于更实际的脉冲电磁波鲜有涉及。近年来，“牛眼结构”（金属小孔周围刻有环状凹槽）的脉冲太赫兹（THz）波透射实验表明：通过改变凹槽结构，可以有效控制透射脉冲的波形。这项工作让人们认识到研究脉冲电磁波在凹槽上的散射特性无论对理论还是应用都具有重要意义。然而，迄今为止，即便是最简单的对称双槽平面结构，人们对脉冲电磁波在其上发生散射的时域和频域特性仍然知之甚少。

　　 基于此，武汉国家光电实验室太赫兹光电子学团队的丁岚博士在导师刘劲松教授的指导下研究了高斯型脉冲电磁波在对称双槽上的散射特性。通过使用该团队过去提出的扩展波导模式法（WGM with Coupling Interaction，WGM-CI），研究工作得出了散射脉冲在时域和频域的解析表达式。在此基础上，系统分析了凹槽形状、间隔、散射角等因素对散射脉冲时域和频域特性的影响，并定量给出了频谱分裂、脉冲变形、腔模共振等物理过程的出现条件。这些理论成果，为今后研究复杂表面结构的脉冲散射打下了基础，并有可能通过上述研究成果设计出工作于低频段的脉冲整形天线和耦合器等新型光学仪器。该项工作得到了国家自然科学基金（10974063），武汉国家光电实验室研究基金（P080008）以及中央高校基础研究基金（2010MS041）的资助。研究成果发表于Optics Express（2010，18，26，27682-27690）。