基于导模谐振的太赫兹双面超材料滤波器设计

发布时间：2020-07-29 10:46

【摘要】：超材料是一类由亚波长结构周期性排列构成的人工复合的材料,因其展现出了许多自然材料所没有的独特性质所以极具研究价值。超材料的发展与太赫兹技术的进步密切相关,随着近些年太赫兹源与探测器的不断进步,太赫兹技术得到了空前发展。太赫兹技术及应用的发展也刺激了对基础器件的需求,太赫兹滤波器作为一种实用性的功能器件也不例外。滤波器可以滤除应用环境里不需要的噪声或杂波,这对于提高系统的性能非常重要。本文研究的基于导模共振的太赫兹滤波器,它利用了导模共振独特的窄带宽、对称峰型以及高透过率等特点,考虑到不同的应用需求,该类滤波器可以设计可调谐、多频带等不同功能的器件。论文的主要研究内容如下:(1)研究了一种基于一维金属光栅的导模共振带通滤波器。从原理上对该滤波器进行了分析,包括结构参数与可调谐性的关系。为了提高通带中心的谐振峰幅值与旁瓣抑制比,我们进一步设计了一种双面一维光栅结构的滤波器。经过分析对比,双面结构的滤波器在保持单面光栅的通带幅值下,其旁瓣抑制比可提高50%~100%。(2)分析了二维金属超材料光栅平面波导滤波器。它可以同时激发x与y两个超材料光栅方向上的平板波导基模。进一步,我们设计了一种新颖的基于双面不对称超材料光栅的多频带导模共振滤波器。这种滤波器通过打破上下层结构的对称性得到,进而引发两个基模的分裂,在1.4~2.0THz的范围内实现四波长滤波的目的。另外,该滤波器还可以通过改变两层光栅之间相对位置得到三波长及双波长滤波器。(3)设计了一种十字结构超材料的导模共振滤波器进行实验验证工作。通过激光曝光与湿法腐蚀相结合的方法制作了超材料波导器件,通过太赫兹光谱仪测得的结果与仿真数据进行了对比,两者吻合度较好。
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN713
【图文】：

太赫兹波,频段,位置

中国计量大学硕士学位论文1 绪论1.1 研究背景及意义太赫兹波是对一个特定波段的电磁波的统称。它在电磁波谱中位于微波和红外辐射之间[1]，一般称谓的太赫兹波段其频率范围在 0.1~10 THz 之间。尽管人们对远红外和毫米波的研究已经有多年历史，但是对太赫兹波段广泛的研究还是在 20 世纪 80 年代中期以超快光电子学为基础的脉冲太赫兹技术诞生以后[2]。进入 21 世纪以来，太赫兹技术不但在基础科研中愈发受到重视，关于它的应用研究也如火如荼，比如太赫兹波成像、无损探伤、安全检测、生物医学等[3-4]。

材料结构,器件,光学器件

实用性强的光学器件得到了广泛器有基于光子晶体结构，基于光栅和子阱结构等几个分类[6]。本文主要研通过用金属光栅或具有光栅效应的超高器件的高通透性、低旁瓣，或多带展与应用早在 20 世纪后期就已经出现，并引起了广折射率这种自然界不存在的超自然现象，材料，这种材料由一类亚波长的周期性结系列具有特定功能的光学器件提供了可能理规律，而且设计方便易于加工。近年来防技术、民用等方面得到了前所未有的发大的发展潜力。

负折射率,材料结构

图 1. 3 实现负折射率的超材料结构图[11,15]到目前为止，研究人员利用超材料设计出了吸波器[35-40]，偏振片[41,42]以小天线等各种不同功能的器件。随着研究得深入，这些器件的发展也拓展各个波段。相应的，超材料器件的加工制备方法也不断得到探索和改进。年，另一个新的名词超表面广泛出现在各类期刊论文中，实际上超表面特维的超材料结构。在新的研究体系里，超表面自成一类，这类结构广泛应相位的调控。

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