基于超材料的电磁诱导透明效应与吸波体器件研究

发布时间：2020-06-22 05:30

【摘要】：太赫兹波(Terahertz,THz)具有许多与其它电磁波不同的特殊性质,引起了众多科研人员的广泛关注与研究,使其在信息与通信技术、生物医学、安全检测等广阔领域迅猛发展。但是太赫兹频段电磁材料的缺乏使太赫兹技术的发展受到了限制,然而超材料在太赫兹波段有独特的电磁特性,为研究太赫兹器件提供了有力的支持。本文主要针对基于石墨烯的超材料电磁诱导透明效应和基于狄拉克半金属的超材料吸波体器件的特性进行了研究。本文的主要研究内容如下:1.研究了一种电磁诱导透明(EIT)效应可动态调谐的超材料结构器件,该器件顶层由石墨烯圆环谐振器(RR)和一对石墨烯纳米棒组成,利用亮暗模z1合的方法,亮模与激发场耦合,产生的磁场最终与暗模耦合,实现了电磁诱导透明光学现象。耦合的强度可以通过改变纳米棒几何中心的横向位移和纳米棒与圆环谐振器间隙的距离来调整。然后,通过应用巴比涅原理改进EIT结构,还可以实现电磁诱导吸收(EIA)效应。由于石墨烯门电压依赖的特性,因此无需重新制作和优化结构,便可以通过改变石墨烯的费米能级实现透明/吸收窗口共振频率动态调节。2.研究了基于三维狄拉克半金属(DSF)可调谐的超材料吸波体器件。分别研究了基于狄拉克半金属的可调单峰吸波体与双频和宽频吸波体器件,研究表明,随着狄拉克半金属费米能级的增加,单峰吸波体的吸收峰和反射谷的共振频率向高频移动,并且实现了电磁波的完美吸收。利用吸收峰叠加扩展带宽的思想,通过将两个不同尺寸单峰吸波体的正方形谐振器单元组合到一起,实现了双频和宽频吸波,并且通过改变狄拉克半金属层的费米能级,可以实现双频和宽频吸波体吸收共振在太赫兹频段的动态调谐。
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34;O441.4
【图文】：

波又称ＴＨｚ射线，上个世纪８０年代中后期被正式命名，在电磁波谱上位于微逡逑波与红外光之间｜４１。由于科学技术等各方面原因，使得太赫兹技术的研宄十分逡逑有限，产生了邋“太赫兹空隙（ＴＨｚ邋Ｇａｐ）”邋｜５１。如图１．１所示，太赫兹波段在整逡逑个电磁波谱图中位于电子学与光学的交界处。它不仅兼顾了光学和电子学的特逡逑性，并且还有许多自身的性质。随着量子阱、激光等技术的迅速发展和广泛研逡逑宄，极大地促进了邋ＴＨｚ波的机理研究、检测技术和应用技术的发展｜６１。逡逑ＴＨｚ波与其它波段的电磁波相比，具有许多独特特性逡逑１逡逑

图１．４电磁诱导透明谐振单元振与仿真结果［３６］逡逑Ｆｉｇ．邋１．４邋Ｔｈｅ邋ｐｌａｓｍｏｎｉｃ邋ｓｙｓｔｅｍ邋ｏｆ邋ＥＩＴ邋ａｎｄ邋ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ邋ｒｅｓｕｌｔ逡逑Ｌｉｕ等人［３７＿３８］在超材料的ＥＩＴ研宄中也做了很多的工作。如图１．５（ａ）所示，逡逑他们利用层叠的光学超材料实现了类ＥＩＴ效应，带宽较宽的偶极子天线与下面逡逑的四级天线相耦合，实现了具有高调制深度的超窄透明窗口。２０１０年，他们利逡逑用被切割的薄膜金属如图１．５（ｂ）所示，同样将作为亮模式的偶极子天线和作为逡逑暗模式的四级子天线耦合，得到了平面超材料的类Ｅ１Ｔ效应。同时由于电磁诱逡逑导透明材料的频谱响应对周围介质折射率的影响非常敏感，所以还可以用来制逡逑作高灵敏检测器。随着研究的不断深入，Ｗａｎｇ等人利用两个亮模式之间的逡逑弱杂化实现了类ＥＩＴ现象。如图１．５（ｃ）所示，超材料纳米环和纳米棒都可以被逡逑直接激发从而产生共振

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本文编号：2725267