Technical Papers and Presentations

太赫兹局域场增强结构能够将入射电磁能量集中于亚波长尺度，为增强硅基材料的非线性响应及降低强场激发条件提供有效途径。本文采用COMSOL Multiphysics建立硅衬底上周期性金圆形开口环的三维频域模型，研究开口尺寸对太赫兹谐振特性及硅中电场增强的影响。模型单元周期为55 μm，开口环内、外半径分别为17 μm和22 μm，金层厚度为0.3 μm。采用y偏振太赫兹波正入射，在水平方向设置周期性边界，并通过端口计算结构的反射和透射特性。保持环半径、金属宽度及周期不变，将矩形开口宽度g由2 μm增加至6 μm，在1.38～1.60 THz范围内进行参数化频率扫描。为评价结构对硅衬底的实际作用，在开口下方硅表面设置固定的4 μm×1 μm区域取样，计算区域内归一化电场强度的平均增强。结果表明，随开口增大，S21谐振谷由1.476 THz蓝移至1.519 THz，谷值由-27.16 dB变化至-25.82 dB；硅中平均场强度增强峰由1.415 THz移动至1.489 THz，峰值由3.064提高至3.435，增幅约12.1%。开口增大导致结构等效电容降低，是谐振频率升高的主要原因；平均增强的提高则表明，在固定面积评价条件下，高场区域的空间覆盖范围同样是影响增强效果的重要因素。本工作可为面向硅基太赫兹非线性效应的开口环结构设计、工作频率选择及场增强评价提供参考。