低IRシグネチャターゲットの検出とイメージングのための偏光感受性THZからIRコンバーターの開発

THZ-to-IRコンバーターは、THZ領域での成熟IR検出メカニズムの高い大気透過率と成熟したIR検出メカニズムの利点を組み合わせることにより、低IR署名ターゲットを検出するための効果的なソリューションになります。分割リング共振器（SRR）ユニットセルに基づいた線形偏光依存性を備えた金属メタサーフェス（MS）ベースの吸収体は、文献のTHZ-to-IRコンバーター構造の予備的な例として以前に研究されています。このシミュレーションベースの研究では、二重分極に敏感な新しいクロス型ユニットセルベースの金属MS吸収体構造が、線形偏光依存性を排除するように設計されているため、THZ放射の一貫性のない検出が可能になります。モデルは、この新しいクロス型吸収体構造の温度差と応答時間を計算するために開発されており、その性能は、コヒーレント照明と一貫性のない照明の両方のSRR構造と比較されます。このモデルは、以前に考慮されていなかったすべての損失メカニズムを考慮することにより、これらの構造の効率を理解することができます。両方の構造は、線形偏光コヒーレント照明下で同様の性能を示すことがわかっています。ただし、一貫性のない照明では、クロス型構造の温度差によって測定されるIRエミタンス効率は、SRR構造と比較して2倍の高さであることがわかります。結果はまた、コヒーレント照明と一貫性のない照明下での両方の構造の計算された温度差が、最先端のIRカメラの最小解決可能な温度差の限界をはるかに上回っていることを意味します。したがって、デュアル偏光または多分極感受性MS吸収体構造は、費用対効果の高いTHZからIRコンバーターを開発するために重要であり、THZイメージングソリューションに実装される可能性があります。

A THz-to-IR converter can be an effective solution for the detection of low-IR-signature targets by combining the advantages of mature IR detection mechanisms with high atmospheric transmittance in the THz region. A metallic metasurface (MS)-based absorber with linear polarization dependence based on a split-ring resonator (SRR) unit cell has been previously studied as a preliminary example of a THz-to-IR converter structure in the literature. In this simulation-based study, a new cross-shaped unit cell-based metallic MS absorber structure sensitive to dual polarization is designed to eliminate linear polarization dependency, thereby allowing for incoherent detection of THz radiation. A model is developed to calculate the temperature difference and the response time for this new cross-shaped absorber structure, and its performance is compared to the SRR structure for both coherent and incoherent illumination. This model allows for understanding the efficiency of these structures by considering all loss mechanisms which previously had not been considered. It is found that both structures show similar performance under linearly polarized coherent illumination. However, under incoherent illumination, the IR emittance efficiency as gauged by the temperature difference for the cross-shaped structure is found to be twice as high as compared to the SRR structure. The results also imply that calculated temperature differences for both structures under coherent and incoherent illumination are well above the limit of the minimum resolvable temperature difference of the state-of-the-art IR cameras. Therefore, dual-polarized or multi-polarization-sensitive MS absorber structures can be crucial for developing cost-effective THz-to-IR converters and be implemented in THz imaging solutions.