太赫兹解复用器和光栅耦合器的传统构建方法需借助经典理论和经验计算,故它们的设计流程复杂,而且性能依赖于单元结构参数。随着逆向设计方法的提出及应用,该方法可以在限定大小的基片上设计出符合功能需求的器件结构。基于此,将逆向设计方法应用于太赫兹解复用器和光栅耦合器的设计,器件的尺寸分别为3 mm×3 mm×200 μm和12 mm×12 mm×200 μm。FDTD(Finite-Difference Time-Domain)的仿真结果表明,太赫兹解复用器能够将一束含两种频率的太赫兹波完美地从两个端口分离,并且透射率在0.500 THz和0.417 THz频率处均高达0.75以上,其相邻通道间的串扰低于-19 dB。太赫兹光栅耦合器的耦合效率在0.32 THz频率处高达0.85。

基于有限差分时域方法(FDTD),设计了两种具有增强线结构的太赫兹线栅偏振器,用于消除重力和空气扰动对偏振器性能的影响; 利用飞秒激光微加工制备了偏振器,通过时域太赫兹光谱测试偏振器的性能,并将其与商用线栅偏振器进行了比较,发现偏振器的透射率与FDTD结果吻合,具有不连续增强线的偏振器的偏振度和消光比优于商用线栅偏振器。

在十字型太赫兹带通滤波器的时域有限差分法仿真中,随着铝箔厚度增大,主峰变窄,且高频处出现多个异常透射峰。利用飞秒激光微加工技术制备出铝箔厚度为150 μm的太赫兹滤波器,并利用时域太赫兹光谱系统进行性能测试。结果表明:实验结果与时域有限差分法模拟结果基本吻合;异常透射峰源于十字结构狭缝侧壁上的表面等离子体波的法布里-珀罗共振耦合,这种耦合效应可用于控制表面等离子体波,制造新型太赫兹器件。

频率选择表面雷达罩能有效提高飞行**的隐身性能, 而复杂不可展开曲面上频率选择表面的加工存在技术难题。本文利用CST仿真软件, 分析了基于Y-型单元结构的二维无限大频率选择表面的电磁传输特性, 同时构建三维雷达罩内置相控阵天线模型, 分析了不同扫描角度下曲面雷达罩的透射率和瞄准误差, 从理论上论证了方案的可行性。在此基础上, 提出了一种基于多自由度激光机器人与旋转台联动的一体化曲面厚屏频率选择表面雷达罩加工方案。微波暗室测试结果表明, 制备的共形曲面FSS雷达罩带内透射率达到80%左右, 带外透射率低于10%, 展示了良好的电磁滤波特性。这种工艺能够满足各种大型共形曲面FSS雷达罩的一体化加工需求。

利用时域有限差分法,仿真设计了三组具有不同中心频率的十字形太赫兹带通滤波器,并搭建了飞秒激光微加工系统,在单层铝箔上实现了无衬底太赫兹滤波器的加工。利用时域太赫兹光谱系统,对所加工的器件进行了透射率测试,实验和仿真结果高度吻合,所加工的太赫兹滤波器中心频率处的透射率为85%以上,达到商业化太赫兹滤波器水平。

基于时域有限差分(FDTD)法，对金属线栅结构的太赫兹(THz)偏振特性进行了仿真分析，研究了占空比和金属层厚度对偏振特性的影响，发现随着厚度的增加，0.1~10 THz范围内出现了周期性高透射现象。基于飞秒激光微加工技术制备了周期性金属线栅太赫兹偏振片，利用时域太赫兹光谱系统进行了实验测试，实验结果与仿真结果相吻合，偏振片的消光比在40 dB~45 dB范围内，偏振度为1，显示了良好的偏振特性。