太赫兹器件电磁特性研究

发布时间：2020-07-11 21:07

【摘要】：太赫兹技术因其在很多前沿领域都具有潜在的应用前景而备受瞩目。虽然现在太赫兹波源的产生与探测技术已经取得了巨大的进展,但由于缺乏太赫兹器件的支持,太赫兹技术实际应用的进展缓慢。近年来,超材料的出现解决了自然界中缺乏对太赫兹波响应的材料问题,而且随着微结构制备工艺的快速发展,制备基于超材料的太赫兹器件也已经成为了可能。所以,基于超材料的太赫兹器件的研究极具现实意义与学术价值。本文分别基于金属和黑磷的超材料设计极化器、吸波器等太赫兹器件,通过仿真结果分析所设计器件的电磁特性,并结合电流分析、干涉相消等理论揭示各器件的物理机理。主要内容如下:(1)基于金属的超材料结构,设计了两款高效的反射型超宽带太赫兹线-圆极化转换器。第一款是基于双开口谐振方环结构的极化器,其在0.60-1.41THz频段范围内将线极化波转换为圆极化波,相对带宽达到80.6%,极化转换效率高于88%。此外,该极化器在宽入射角范围内仍能保持良好的极化转换性能。根据入射波两个正交分量的反射情况,分析了该极化器的线-圆极化转换特性。结合金属超材料表面与地板上的电流分布,阐明了该极化器极化转换的物理机理。类似地,另一款是基于双开口#型结构的极化器,其在0.70-1.66THz频段范围内将线极化波转换为圆极化波,相对带宽达到81%。(2)基于二维黑磷的超材料多层结构,设计了一款超宽带线-圆极化转换器。该极化器在12.82-23.28THz频段范围内将线极化波转换为圆极化波,相对带宽达到58%。主要研究了入射波的极化方向、黑磷材料褶皱脊的排列方向、不同的弛豫率以及黑磷层的层数对该极化器极化转换性能的影响,并根据入射波两个正交分量的反射情况,研究了该极化器的线-圆极化转换特性。(3)基于二维黑磷的三明治超材料结构,设计了一款工作于太赫兹波段的吸波器。该吸波器结构包含介质-黑磷纳米带-介质的类三明治结构和金全反射镜,金全反射镜阻止了电磁波的透射,并和类三明治结构形成了法布里-珀罗谐振,加强了吸波器与电磁波的相互作用。仿真结果表明,该吸波器的吸收率与类三明治结构中的黑磷层数有关。此外,还研究了类三明治结构中黑磷超材料的电磁响应,并利用干涉理论分析了该吸波器的吸波机理。
【学位授予单位】：桂林电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34;O441
【图文】：

电场分布,线极化,透射型,单元结构

太赫兹器件电磁特性研究种极化器的极化转换效率和单元结构的谐振具有很大关系，需以减少反射，从而提高极化转换效率，但相较于反射型极化器兹波段更容易进行实验。，南开大学的 Wenwei Liu 等人提出了如图 1.1 所示的一种基带太赫兹线极化器[2]。不同于其他极化器，该极化器的极化转增强和抑制。如图 1.2 所示，通过调控超表面的局部表面等离mon，LSP)谐振使得水平方向上的主要电场分布区域(1)、(2电场分量 Ex，正交方向上的主要电场分布区域(3)的相位变化y，最终实现线极化波到交叉极化波的转换。此外，该极化器与其结构的部分对称有关。

区域图,线极化,部分对称,透射型

赫兹线极化器[2]。不同于其他极化器，该极化器的极和抑制。如图 1.2 所示，通过调控超表面的局部表面，LSP)谐振使得水平方向上的主要电场分布区域(1)、分量 Ex，正交方向上的主要电场分布区域(3)的相位最终实现线极化波到交叉极化波的转换。此外，该极结构的部分对称有关。图 1.1 (a)透射型线极化器的结构模型，(b)具体的单元结构

线极化,反射型,单元结构,俯视图

第一章绪论验结果和仿真结果一致，如图 1.4 所示。此外，在60 宽保持良好的极化转换性能。利用表面电流分布和干涉理论理，而且基于干涉理论的计算结果与 CST 的仿真结果吻合的几何尺寸，该极化器在中红外频段仍能实现超宽带的

【参考文献】