多波段太赫兹超材料增透膜的设计及特性分析
发布时间：2020-10-29 23:17
工作于太赫兹波段的器件多以硅为界面,由于硅与自由空间的阻抗不匹配,造成了 30%的反射,导致了不必要的法布里-珀罗干涉条纹,从而需在硅的界面加入一层性能良好的增透膜。传统的四分之一增透膜大都以超薄金属为材料,虽可以很好地实现低反射效果,却存在着涂层过厚、损耗大和反射频段固定等缺点。超材料具有奇异的电磁特性,可以很好地克服上述缺点,故可将超材料应用于太赫兹增透膜制作领域。关于太赫兹超材料增透膜的现今研究有限,且都集中于实现单波段的超低反射。然而,实际的应用中往往会产生多波段同时低反射的需求。基于此,本文提出了两种不同结构的双波段太赫兹超材料增透膜:(1)提出了一种双波段太赫兹超材料增透膜结构,该增透膜采用层叠结构,即由两层金属—聚合物构成。通过数值计算两层金属表面之间的电场分布,分析了两波段超低反射产生的机理。通过优化聚合物层的厚度与金属单元结构的尺寸,实现了在0.47 THz和1.56 THz两个波段的超低反射,反射率最低分别为0.28%和0.25%,反射率在10%以内的带宽分别可以达到0.26 THz和0.21 THz,容差特性为±4%。并通过与单个金属结构进行对比,分析了采用层叠结构的优势。(2)提出了一种基于单层结构的双波段太赫兹超材料增透膜,该结构仅由一层金属-聚合物构成,金属图案简单。通过数值计算金属表面的电场分布,分析了双波段产生的机理,且通过数值计算金属表面的电流,得到了在第二个反射抑制谷处的等效电路,进而计算出了谐振频率。基于此谐振频率及增透膜的基础理论,在综合考虑反射率和带宽条件下,通过优化聚合物厚度和金属尺寸,实现了在0.57 THz和2.37 THz两个波段的超低反射,反射率最低分别为0.49%和0.096%,反射率在10%以内的带宽分别可以达到0.33THz和0.19THz,损耗低至20%,容差特性高达±6%,具有偏振不敏感性。该结构的双波段实现机理与层叠结构不同,为多波段太赫兹超材料增透膜提供了更多的设计思路。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB34;TB383.2
【部分图文】：
超材料的研宄源自于１９６８年，前苏联科学家Ｖｅｓｅｌａｇｏ认为如果存在磁??导率与介电常数均为负的介质，电磁波在其中传播时会表现出许多奇异的特性。??如图１－２所示，当光入射此介质时，入射光线与反射光线不再是分布在法线的两??侧，而是在同一侧，即产生负折射现象，且电场方向￡、磁场方向好与传播矢??量灸，将不再符合传统的右手螺旋定则，而是符合左手定则。因此，该材料又被??称为“左手材料”。由于该发现只存在于理论阶段，且它违背了传统的光学定律，??许多人都认为它只是科学家臆想出来的，并未引起深刻重视。??Ｅｒ?（??图１－２负折射现象??Ｆｉｇ．?１?－２?Ｎｅｇａｔｉｖｅ?ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ??２０世纪９０年代中后期，Ｊ．?Ｂ．?Ｐｅｎｄｒｙ通过两次实验，证实了?Ｖｅｓｅｌａｇｏ提出的??设想。１９％年，Ｐｅｎｄｒｙ利用周期排布的金属阵列结构推导出了介电常数为负值??的情况［２４］。如图ｌ－３（ａ）所示，该结构的等效特征类似于一个等离子体，其介电常??４??
超材料的研宄源自于１９６８年，前苏联科学家Ｖｅｓｅｌａｇｏ认为如果存在磁??导率与介电常数均为负的介质，电磁波在其中传播时会表现出许多奇异的特性。??如图１－２所示，当光入射此介质时，入射光线与反射光线不再是分布在法线的两??侧，而是在同一侧，即产生负折射现象，且电场方向￡、磁场方向好与传播矢??量灸，将不再符合传统的右手螺旋定则，而是符合左手定则。因此，该材料又被??称为“左手材料”。由于该发现只存在于理论阶段，且它违背了传统的光学定律，??许多人都认为它只是科学家臆想出来的，并未引起深刻重视。??Ｅｒ?（??图１－２负折射现象??Ｆｉｇ．?１?－２?Ｎｅｇａｔｉｖｅ?ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ??２０世纪９０年代中后期，Ｊ．?Ｂ．?Ｐｅｎｄｒｙ通过两次实验，证实了?Ｖｅｓｅｌａｇｏ提出的??设想。１９％年，Ｐｅｎｄｒｙ利用周期排布的金属阵列结构推导出了介电常数为负值??的情况［２４］。如图ｌ－３（ａ）所示，该结构的等效特征类似于一个等离子体，其介电常??４??
（ａ）?（）?（ｃ图１４（ａ）双频谐振超材料结构（ｂ）双频吸收器表面金属图案［４７］；?（ｃ）双频滤波器基本单元??［４８］??Ｆｉｇ．?］?－４?（ａ）?Ｄｏｕｂｌｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｒｅｓｏｎａｎｔ?ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａ］?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ＾４６］；?（ｂ）?ｍｅｔａｌ?ｐａｔｔｅｒｎ?ｏｆ?ｄｏｕｂｌｅ－??ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ａｂｓｏｒｂｅｒ！４７］；?（ｃ）?ｂａｓｉｃ?ｕｎｉｔ?ｏｆ?ｄｏｕｂｌｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｆｉｌｔｅｒ［４８】??
【参考文献】
本文编号：2861609
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB34;TB383.2
【部分图文】：
超材料的研宄源自于１９６８年，前苏联科学家Ｖｅｓｅｌａｇｏ认为如果存在磁??导率与介电常数均为负的介质，电磁波在其中传播时会表现出许多奇异的特性。??如图１－２所示，当光入射此介质时，入射光线与反射光线不再是分布在法线的两??侧，而是在同一侧，即产生负折射现象，且电场方向￡、磁场方向好与传播矢??量灸，将不再符合传统的右手螺旋定则，而是符合左手定则。因此，该材料又被??称为“左手材料”。由于该发现只存在于理论阶段，且它违背了传统的光学定律，??许多人都认为它只是科学家臆想出来的，并未引起深刻重视。??Ｅｒ?（??图１－２负折射现象??Ｆｉｇ．?１?－２?Ｎｅｇａｔｉｖｅ?ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ??２０世纪９０年代中后期，Ｊ．?Ｂ．?Ｐｅｎｄｒｙ通过两次实验，证实了?Ｖｅｓｅｌａｇｏ提出的??设想。１９％年，Ｐｅｎｄｒｙ利用周期排布的金属阵列结构推导出了介电常数为负值??的情况［２４］。如图ｌ－３（ａ）所示，该结构的等效特征类似于一个等离子体，其介电常??４??
超材料的研宄源自于１９６８年，前苏联科学家Ｖｅｓｅｌａｇｏ认为如果存在磁??导率与介电常数均为负的介质，电磁波在其中传播时会表现出许多奇异的特性。??如图１－２所示，当光入射此介质时，入射光线与反射光线不再是分布在法线的两??侧，而是在同一侧，即产生负折射现象，且电场方向￡、磁场方向好与传播矢??量灸，将不再符合传统的右手螺旋定则，而是符合左手定则。因此，该材料又被??称为“左手材料”。由于该发现只存在于理论阶段，且它违背了传统的光学定律，??许多人都认为它只是科学家臆想出来的，并未引起深刻重视。??Ｅｒ?（??图１－２负折射现象??Ｆｉｇ．?１?－２?Ｎｅｇａｔｉｖｅ?ｒｅｆｒａｃｔｉｏｎ??２０世纪９０年代中后期，Ｊ．?Ｂ．?Ｐｅｎｄｒｙ通过两次实验，证实了?Ｖｅｓｅｌａｇｏ提出的??设想。１９％年，Ｐｅｎｄｒｙ利用周期排布的金属阵列结构推导出了介电常数为负值??的情况［２４］。如图ｌ－３（ａ）所示，该结构的等效特征类似于一个等离子体，其介电常??４??
（ａ）?（）?（ｃ图１４（ａ）双频谐振超材料结构（ｂ）双频吸收器表面金属图案［４７］；?（ｃ）双频滤波器基本单元??［４８］??Ｆｉｇ．?］?－４?（ａ）?Ｄｏｕｂｌｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｒｅｓｏｎａｎｔ?ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａ］?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ＾４６］；?（ｂ）?ｍｅｔａｌ?ｐａｔｔｅｒｎ?ｏｆ?ｄｏｕｂｌｅ－??ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ａｂｓｏｒｂｅｒ！４７］；?（ｃ）?ｂａｓｉｃ?ｕｎｉｔ?ｏｆ?ｄｏｕｂｌｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｆｉｌｔｅｒ［４８】??
【参考文献】
相关期刊论文 前3条
1 李向军;杨晓杰;刘建军;;基于反射式太赫兹时域谱的水太赫兹光学参数测量与误差分析[J];光电子·激光;2015年01期
2 闵碧波;曾嫦娥;印欣;马俊海;;太赫兹技术在军事和航天领域的应用[J];太赫兹科学与电子信息学报;2014年03期
3 谭智勇;陈镇;韩英军;张戎;黎华;郭旭光;曹俊诚;;基于太赫兹量子级联激光器的无线信号传输的实现[J];物理学报;2012年09期
本文编号：2861609
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/gongchengguanli/2861609.html
