金属太赫兹色散：基于Kramers-Kronig关系的模型构建与验证

本文主要探讨了如何利用Kramers-Kronig (KK) 关系来建立金属在太赫兹频段的色散模型，特别是在0.1-40太赫兹（THz）范围内。Kramers-Kronig关系是物理学中一个重要的原理，它描述了复频率响应函数的幅度和相位之间的关系，这对于理解物质的光谱行为具有关键作用。 作者首先介绍了研究背景，指出材料的色散特性，如介电常数、磁导率和表面阻抗，对固体宏观光学性质的表征至关重要，特别是在通信和天线设计中。在太赫兹和远红外频段，不同的材料如金属、绝缘体和半导体，其光学特性受到电子跃迁、晶格振动和自由载流子效应的共同影响。 文章重点聚焦于Drude模型的应用，这是一种经典的金属色散模型，用于描述金属在低频（如太赫兹）下的电磁响应。Drude模型考虑了自由电子在电场中的加速和碰撞，其中等离子频率和碰撞频率是两个关键参数。作者通过测量合金铝和合金铜在4-40 THz范围内的反射率谱，利用KK关系进行反演，得到金属的复折射率。 具体操作中，作者采用了高频端指数外推和低频端常数外推的方法，确保了模型的连续性和准确性。然后，利用遗传优化算法，以复折射率实验数据的拟合误差最小为目标，精确地确定了合金的Drude参数。通过优化的Drude模型，作者计算出材料在0.1-40 THz范围内的复折射率，并与实际的椭偏仪测量结果进行了对比，验证了模型的有效性。 这种方法不仅扩展了远红外频段色散信息到太赫兹频域，还为理解和研究太赫兹频段下金属的微观物理参数提供了可靠的工具。此外，这种方法也为深入研究太赫兹频段的色散和散射机制提供了理论依据，有助于提升太赫兹技术在通信、成像和传感等领域中的应用性能。 这篇研究论文展示了利用Kramers-Kronig关系和Drude模型相结合的方法来精确测量和理解金属在太赫兹频段的光学性质，这是一项重要的技术创新，对推动太赫兹科学技术的发展具有重要意义。