基于超材料的太赫兹波功能器件研究
发布时间：2021-08-25 10:14
太赫兹（THZ）波指的是0.1-10 THz间的电磁波,占据着电磁波谱中的一个特殊位置,不仅具有宏观电子学和微观光子学相关的一些特点,又同时表现出了如光子能量低、光谱多功能、选择高透射性等独特性质,在近年来飞速发展。超材料被称为“人工原子”、“奇异介质”,同样在近年来发展迅速,使得基于超材料的太赫兹功能器件层出不穷。本文基于经典超材料结构双开口谐振环和金属条偶极子组合设计了一款超材料结构,通过CST Microwave Studio仿真确定图形结构及结构参数,设计实现了两种太赫兹功能器件:太赫兹被动可调带阻滤波器和太赫兹主动式调制器。利用微细加工工艺制备了上述两种功能器件,并通过太赫兹时域光谱系统（THz-TDS）、光泵浦太赫兹探测系统（OPTP）及动态调制系统表征了上述两种器件功能。太赫兹被动可调带阻滤波器通过改变双开口谐振环大小及串联金属线与谐振环的间距,实现带宽为0.3 THz的太赫兹带阻滤波器。使用LC等效电路等效超材料结构单元,解释了滤波器滤波频段随结构参数的变化。经THz-TDS和动态调制系统测试表征,太赫兹主动式调制器在外加激光与电压激励时,对太赫兹波有明显调制作用,调制...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
THz波在电磁频谱的位置
电子科技大学硕士学位论文2这些物质而检测到其内部包裹的物质，现广泛应用与安检设备中。(4)很多极性材料特别是水对于太赫兹波吸收较强，所以太赫兹波无法穿过动物的皮肤，使得太赫兹波可以应用于活体检测。基于以上特点，太赫兹相关研究经过多年的多方研究，已经俨然成为了一门研究全面，成果卓然的前沿学科。时至今日，随着太赫兹相关功能器件与太赫兹源的研究不断丰富，太赫兹相关研究已经涉及光谱分析、雷达通信、成像等方面，促使太赫兹波在安检、物质分析检测、通信等领域广泛应用[4-7]。1.2超材料简介超材料(Metamaterial)是一种人造材料，也被称作奇异介质。顾名思义这种材料具有自然界其他材料所没有的奇异属性，比如该种材料的折射率、介电常数等可以通过人们对超材料的微结构形貌改变而随意调控甚至为负[8]，奇异的电磁特性，使得超材料具有巨大的研究潜力，经过近年来的发展，超材料现如今在国防安全、信息通信、新能源技术都扮演着重要角色，超材料也为填补“THzGap”做出了巨大贡献。如图1-2所示，形象地描述了超材料的概念，自然介质都由原子组成，人工超材料则可以称之为是“人工原子”，组成人造介质，实现自然介质所达不到的性质，延伸人类材料科学的研究范围，可以说超材料相关研究设计出的“人工原子”，将材料研究带入了一个新的时代[9]。图1-2“人工原子”超材料[9]
第一章绪论31.2.1超材料概述早在1968年，前苏联科学家V.G.Veselago首次发现了这种材料的特殊，第一个敲响了超材料领域的大门，从理论上预言材料的磁导率与介电常数都为负的情况，并基于理论设计了一种负折射率的材料，提出了“左手材料”的概念[10]，这便是超材料概念的起源。直到上世纪九十年代，随着材料科学及微细加工技术的发展，超材料的研究从理论预言阶段慢慢步入了实验验证阶段，许多微波段的超材料研究出现在了人们的视野中，1996年，英国的J.B.Pendry教授通过薄膜金属导线组合构成的阵列实现了微波频段的负介电常数[11]。三年之后，在1999年，同样是Pendry组，通过设计一种开环谐振器的周期结构，首次用SSR（spiltringresonantor）在微波频段实现了左手材料特性[12]，超材料的理论的大门缓缓被打开，使超材料相关研究成为学术界的热点。仅仅一年之隔，就在2000年，美国的D.R.Smith组制作了出了第一款左手材料[13]，如图1-3所示，通过双开口谐振环结构，在4.84GHz处产生谐振，实现了在4.84GHz处的电磁波吸收，这种双开口谐振环(DoubleSplitRingResonator,DSRR)是超材料领域非常经典的谐振环结构，后来由这种双开口谐振环结构衍生了无数优秀的超材料研究，可以说这个研究使Veselago的预言终于成为现实，也真正打开了超材料研究的大门。图1-3第一款左手材料[13]随着超材料在电磁频谱中的微波段及多个波段都展现出了丰富的研究价值，且太赫兹科学近年来的快速发展，尤其是太赫兹源的发展，使太赫兹波段的相关研究展开更为方便，太赫兹超材料领域的研究开始广泛开展，超材料在其他波段
【参考文献】：
期刊论文
[1]太赫兹时域光谱与频域光谱研究综述[J]. 曹灿,张朝晖,赵小燕,张寒,张天尧,于洋. 光谱学与光谱分析. 2018(09)
[2]缩比模型的宽频时域太赫兹雷达散射截面（RCS）研究[J]. 梁达川,魏明贵,谷建强,尹治平,欧阳春梅,田震,何明霞,韩家广,张伟力. 物理学报. 2014(21)
[3]太赫兹科学技术研究的新进展[J]. 赵国忠. 国外电子测量技术. 2014(02)
[4]太赫兹技术在医学检测和诊断中的应用研究[J]. 齐娜,张卓勇,相玉红. 光谱学与光谱分析. 2013(08)
[5]太赫兹科学技术的新发展[J]. 刘盛纲. 中国基础科学. 2006(01)
硕士论文
[1]基于压电/磁致伸缩层状复合薄膜的磁电声表面波谐振器的研究[D]. 杨雪梅.电子科技大学 2017
[2]电磁仿真软件CST和HFSS模型接口软件的设计[D]. 刘兵.西安电子科技大学 2013
[3]太赫兹波段金属亚波长简单结构的透射特性研究[D]. 崔伟丽.首都师范大学 2006
本文编号：3361924
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
THz波在电磁频谱的位置
电子科技大学硕士学位论文2这些物质而检测到其内部包裹的物质，现广泛应用与安检设备中。(4)很多极性材料特别是水对于太赫兹波吸收较强，所以太赫兹波无法穿过动物的皮肤，使得太赫兹波可以应用于活体检测。基于以上特点，太赫兹相关研究经过多年的多方研究，已经俨然成为了一门研究全面，成果卓然的前沿学科。时至今日，随着太赫兹相关功能器件与太赫兹源的研究不断丰富，太赫兹相关研究已经涉及光谱分析、雷达通信、成像等方面，促使太赫兹波在安检、物质分析检测、通信等领域广泛应用[4-7]。1.2超材料简介超材料(Metamaterial)是一种人造材料，也被称作奇异介质。顾名思义这种材料具有自然界其他材料所没有的奇异属性，比如该种材料的折射率、介电常数等可以通过人们对超材料的微结构形貌改变而随意调控甚至为负[8]，奇异的电磁特性，使得超材料具有巨大的研究潜力，经过近年来的发展，超材料现如今在国防安全、信息通信、新能源技术都扮演着重要角色，超材料也为填补“THzGap”做出了巨大贡献。如图1-2所示，形象地描述了超材料的概念，自然介质都由原子组成，人工超材料则可以称之为是“人工原子”，组成人造介质，实现自然介质所达不到的性质，延伸人类材料科学的研究范围，可以说超材料相关研究设计出的“人工原子”，将材料研究带入了一个新的时代[9]。图1-2“人工原子”超材料[9]
第一章绪论31.2.1超材料概述早在1968年，前苏联科学家V.G.Veselago首次发现了这种材料的特殊，第一个敲响了超材料领域的大门，从理论上预言材料的磁导率与介电常数都为负的情况，并基于理论设计了一种负折射率的材料，提出了“左手材料”的概念[10]，这便是超材料概念的起源。直到上世纪九十年代，随着材料科学及微细加工技术的发展，超材料的研究从理论预言阶段慢慢步入了实验验证阶段，许多微波段的超材料研究出现在了人们的视野中，1996年，英国的J.B.Pendry教授通过薄膜金属导线组合构成的阵列实现了微波频段的负介电常数[11]。三年之后，在1999年，同样是Pendry组，通过设计一种开环谐振器的周期结构，首次用SSR（spiltringresonantor）在微波频段实现了左手材料特性[12]，超材料的理论的大门缓缓被打开，使超材料相关研究成为学术界的热点。仅仅一年之隔，就在2000年，美国的D.R.Smith组制作了出了第一款左手材料[13]，如图1-3所示，通过双开口谐振环结构，在4.84GHz处产生谐振，实现了在4.84GHz处的电磁波吸收，这种双开口谐振环(DoubleSplitRingResonator,DSRR)是超材料领域非常经典的谐振环结构，后来由这种双开口谐振环结构衍生了无数优秀的超材料研究，可以说这个研究使Veselago的预言终于成为现实，也真正打开了超材料研究的大门。图1-3第一款左手材料[13]随着超材料在电磁频谱中的微波段及多个波段都展现出了丰富的研究价值，且太赫兹科学近年来的快速发展，尤其是太赫兹源的发展，使太赫兹波段的相关研究展开更为方便，太赫兹超材料领域的研究开始广泛开展，超材料在其他波段
【参考文献】：
期刊论文
[1]太赫兹时域光谱与频域光谱研究综述[J]. 曹灿,张朝晖,赵小燕,张寒,张天尧,于洋. 光谱学与光谱分析. 2018(09)
[2]缩比模型的宽频时域太赫兹雷达散射截面（RCS）研究[J]. 梁达川,魏明贵,谷建强,尹治平,欧阳春梅,田震,何明霞,韩家广,张伟力. 物理学报. 2014(21)
[3]太赫兹科学技术研究的新进展[J]. 赵国忠. 国外电子测量技术. 2014(02)
[4]太赫兹技术在医学检测和诊断中的应用研究[J]. 齐娜,张卓勇,相玉红. 光谱学与光谱分析. 2013(08)
[5]太赫兹科学技术的新发展[J]. 刘盛纲. 中国基础科学. 2006(01)
硕士论文
[1]基于压电/磁致伸缩层状复合薄膜的磁电声表面波谐振器的研究[D]. 杨雪梅.电子科技大学 2017
[2]电磁仿真软件CST和HFSS模型接口软件的设计[D]. 刘兵.西安电子科技大学 2013
[3]太赫兹波段金属亚波长简单结构的透射特性研究[D]. 崔伟丽.首都师范大学 2006
本文编号：3361924
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