基于复合超表面的太赫兹调幅器件研究

发布时间：2020-10-20 09:12

　　 太赫兹波是近十几年来被提出并迅速成为全世界研究热点的一个电磁波段。随着微纳技术的不断发展,与之相关的滤波器、偏振器及调制器等太赫兹功能器件层出不穷。而相比之下,对于控制太赫兹波的主控器件还很欠缺,并在不同程度上存在种类少、体积大、性能不佳、加工难度大等问题,更重要的是其价格非常昂贵。因此,开发紧凑、高性能、高设计自由度、高效率的各类太赫兹波主控器件是当前亟待解决的一大问题,这对推动太赫兹科学技术的发展具有重要意义。本文开展了基于石墨烯、离子凝胶和人工超表面的复合结构太赫兹调幅器件的研究,具体如下:(1)基于石墨烯/离子凝胶/人工超表面复合结构的太赫兹调幅器件。设计并制备了基于石墨烯/离子凝胶/人工超表面复合结构的太赫兹调幅器件,并对其调制效果进行了模拟仿真和实验验证。该器件是在石英基底上依次构建单层石墨烯、离子凝胶和金属超表面而形成,其在3 V外加偏压下实现了太赫兹谐振频率0.51 THz处64%的调制深度。研究表明,基于石墨烯/离子凝胶/人工超表面复合结构的太赫兹调幅器件可在较小的电压下实现对于太赫兹波的大幅度调制,这种调制效果是金属结构、石墨烯以及离子凝胶三者相互作用的结果。(2)基于双层石墨烯的对称结构的太赫兹调幅器件。在上面单层石墨烯调制器件的基础上,设计并制作了一个由两个单层石墨烯所构成的基于双层石墨烯对称结构的太赫兹调幅器件。通过实验发现,该器件在3 V外加偏压下实现了对太赫兹谐振频率0.51 THz处73%的调制深度。研究结果表明,上下两层石墨烯的电导率同时随着外加偏压的增大而增大,并对金属结构的谐振均有着短接的作用,因此该结构能够进一步增大对太赫兹波的调制。(3)基于石墨烯/离子凝胶/人工超表面复合结构的异常折射太赫兹调幅器件。将具有线性相位梯度的超表面和石墨烯以及离子凝胶相结合,制作了太赫兹波异常折射的调幅器件。通过基于光纤的太赫兹时域光谱系统测试,表明该器件在3 V外加偏压下实现了交叉圆偏太赫兹波频率为0.58 THz处18.4°的偏折和48%的调制深度。
【学位单位】：桂林电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O441.4;TN761.1
【部分图文】：

第一章 引言第一章 引言§1.1 太赫兹波概述太赫兹波[Terahertz(THz)，1THz=1012Hz]是指频率范围在 0.1THz 到 10THz 之间的电磁波，对应的波长范围为 0.03mm~3mm。20 世纪 80 年代中期之前，位于太赫兹波段两侧的红外和微波技术早已在众多领域得到广泛应用，而由于缺乏高性能的太赫兹发射源和探测器，人们对太赫兹波段的认识非常有限，所以此频段曾一度被称为太赫兹空隙（THzGap），如图 1-1 展示了太赫兹波在电磁波谱中的位置。之后随着各类太赫兹发射源和探测器的发展，太赫兹波逐渐走入人们的视野，并迅速成为全世界研究的一个热点。

量子干涉效应，对吸收相干相消，对透射相干相长[25]。EIT 效应信息技术等诸多领域有着广泛的应用，尤其是使通过介质的电磁的特性，使其在光存储领域的应用成为可能。通过模拟原子系统以在许多经典系统中观察到类似的 EIT 效应。特别是超材料有为是实现慢光器件很前途的候选者。Xiaojun Liu 等人研究了基，该结构以一对开口环为暗模，金属线条为明模，实现了透射太赫且通过沿金属线条移动开口环的位置还可以实现 EIT 效应的被兹滤波器：在太赫兹实际的应用中，考虑到环境噪声和应用的需信号和噪声来提高系统的性能，因而太赫兹滤波器在实际应用中现滤波器的方法有很多种，包括基于光子晶体的太赫兹滤波器、子体等周期结构的太赫兹滤波器、基于量子阱结构的太赫兹滤波赫兹滤波器。目前由于超材料结构设计的灵活性，基于超材料的潮。QuanLi 等人提出了基于亚波长 U 形结构的太赫兹被动式可构以及实验和模拟结果如图 1-2 所示。通过改变两个 U 形结构现了带宽为 0.3 THz 的线性被动调制[27]。

控制器：太赫兹偏振控制器是太赫兹应用系统中不振控制器例如金属栅偏振器、石英波片存在着体积缺点。近年来，随着超材料技术的飞速发展，使太为低损耗、高设计灵活性的器件。2015 年杨磊等人-金属栅”结构的透射式超表面偏振控制器，对于正 0.39~1.11 THz 频段内实现了 90°的旋转、99 %转入射的情况，偏振转换性能在 0~60°范围内基本保。同时，通过调控抽运光强度的方式，该器件能够度调制，且调制深度均达到 90 %[29]。器：太赫兹调制器件是太赫兹通信和太赫兹成像领料相结合，通过影响超材料的谐振即可实现对太赫可将太赫兹调制器件分为电控器件、光控器件和温n 等人通过将开口环制作在以高阻砷化镓为基底的电 n 型砷化镓上，制作太赫兹调制器件，其结构和实结构在 16 V 外加偏压作用下实现了 0.72 THz 处
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本文编号：2848495