可应用于高灵敏度传感器的新一代超表面研究

发布时间：2023-03-04 10:43

　　超表面与超材料以其独特的可以对电磁波偏振、相位等进行有效调控的电磁特性,越来越多的科研人员对超表面的研究产生了浓厚的兴趣,将超表面用于高灵敏度传感器设计具有巨大潜力以及良好的应用前景。超表面可以增强与线性和非线性介质之间的相互作用、可以减小器件的尺寸以及提高电磁场的局部化程度。然而在近红外和可见光波段范围内,当使用金属夹杂物制作的超表面时,通常面临着以下的技术障碍:使用昂贵的贵金属、较高的欧姆损耗和制造工艺困难。目前针对这一问题的解决办法是通过使用全介电材料而不是金属材料来制作超表面,这是利用了全介电材料不受到欧姆损耗影响的特性。另一方面,在光学波段范围内,对于应用器件来说,一个重要指标是辐射能量的损耗,而制造全介电超表面同样可以减少辐射能量损耗。这种超表面由介电谐振器组成,谐振器支持一种特殊类型的共振模式,我们称之为俘获模式(该现象也被称为暗模式或连续介质中的束缚态),在该模式下可以对辐射损耗进行有效控制。本文对全介电超表面的透射特性进行了较为系统地研究,讨论将其应用于传感器件的可行性。一,研究了支持激发低Q值的电磁共振的超表面的设计,该表面支持对沿法线入射极化波的俘获模式的激发,由...

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

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中文摘要
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第1章 传感器
    1.1 环境传感器
    1.2 超材料和超表面
    1.3 传感器和超表面
    1.4 金属与介电超表面
    1.5 金属谐振器和介电谐振器的共振差异
    1.6 俘获模式(Trapped mode),支持俘获模式激发的超表面,基于超表面的传感器支持俘获模式的激发
第2章 研究方法
    2.1 微波光谱
        2.1.1 实验装置
        2.1.2 远场测量的实验装置
        2.1.3 近场测量的实验装置
    2.2 求解Maxwell方程的数值方法
        2.2.1 近场和远场测量的数值设置
    2.3 样品制备
第3章 支持俘获模式激发的超表面的设计
    3.1 基本对称设计
    3.2 激发俘获模式的谐振器的设计
        3.2.1 环形谐振器
        3.2.2 激发俘获模式的谐振器的非对称设计
    3.3 支持俘获模式激发的极化不敏感的设计
    3.4 支持俘获模式激发的具有均匀强电场近场分布的极化不敏感设计
    3.5 全介电超表面用于传感器的设计
        3.5.1 全介电超表面的远场实验表征
第4章 结论与展望
攻读硕士期间发表的学术论文
参考文献
致谢



本文编号：3754141