基于电磁诱导透明效应远红外滤波器的研究
发布时间：2020-10-24 19:47
远红外波段及太赫兹(Terahertz,THz)波器件在国防安全和安检等领域有着重要的作用。本文在基于电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency,EIT)效应的理论基础上,采用半导体微纳加工工艺,设计了具有非对称开口三角形结构的远红外滤波器,利用三角形开口处的谐振和三角形边与边之间的谐振这两种不同谐振模式之间的相互耦合,形成EIT效应。实验结果表明,非对称性越大的结构所引起的电磁耦合强度越大,器件的EIT效应越明显。基于时域有限差分法电磁模拟了三角形微结构太赫兹波段的透射率、电流密度和电场强度的分布,模拟结果与实验结果得到了很好的吻合,并通过电流密度和电场强度的分布准确地表明了两种不同电磁耦合模式相互作用的过程。研究的具体内容主要为:1.基于时域有限差分法对建立不同尺寸的开口三角形结构模型进行模拟,研究太赫兹波对三角形结构的透射率,以及三角形结构中形成的电流密度和电场强度分布对产生EIT效应电磁耦合的起源。重点研究三角形开口与中心轴距离引起的非对称性对EIT效应的作用。通过Advanced Design System软件计算三角形滤波结构等效的LC值,进一步验证实验的有效性和准确性。2.基于半导体微纳加工工艺实现了非对称开口的三角形滤波结构的制备,实验上采用的是双层光刻胶剥离技术,利用高真空磁控溅射镀膜系统沉积金属薄膜。通过太赫兹时域光谱测试系统测试滤波器件的透射性能,由于制备的滤波结构为非对称结构,改变THz电场的入射方向对器件太赫兹透射深度进行了系统的研究。3.根据实验测试和模拟得到电磁波透射谱,随着开口三角形非对称度的不断增加,器件的谐振频率出现红移。且由于结构的非对称性,在频率可观察到的范围内观测到了EIT效应。通过对结构电场强度和表面电流密度分布的模拟分析,三角形的边是作为整个结构中的亮模,三角形的开口及其部分边作为整个结构中的暗模,结构中两种不同谐振模式之间的相互耦合形成了EIT效应。实验和理论的研究在物理上进一步加深了对非对称结构太赫兹器件的调制机理的理解,在太赫兹波无源器件的研究工作中也积累了丰富的实验数据。
【学位单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN713;O441
【部分图文】：
1.1.1 远红外电磁波的特点及其应用远红外波段主要是指波长范围在 25~1000 μm 的电磁波，太赫兹（Terahertz, THz）波主要是指频率在 0.1~10 THz（波长在 30~3000 μm）之间的电磁波，如图 1-1，太赫兹波段波长涵盖了远红外线和毫米波的部分，涉及光学和电子学的综合研究。从上世纪八十年代开始，太赫兹波才被正式命名，在这之前，科学家们都称之为远红外射线。从频率上看，太赫兹波高于微波，但低于红外和可见光；从能量上看，太赫兹波则是介于光子和电子之间。在电磁波频谱上，位于太赫兹波段两侧的红外和微波技术发展迅速，目前远红外技术也已经取得了很多成果并且产业化，但是人们对太赫兹波段的认识有待进一步深入，在太赫兹波段内的研究成果和数据也很少，这主要是由于缺乏有效直接的太赫兹产生源和灵敏探测器，所以，这一波段也被称之为太赫兹间隙（THzGap）[1]。近二十年以来，为获得宽带稳定的脉冲太赫兹源和探测手段，科学界迅速开展了对太赫兹时域光谱技术和量子级联激光器的研究，并在国内外掀起一股太赫兹研究热潮[2]。
士论文 量级，将人工原子和人工分子单元通过不同的组合和排列质的超材料。超材料的主要特征可归纳为以下三个方面：第二，它具有自然界材料所不具备的超常物理性质；第三决于其原本材料的性质，而是取决于其中的人工结构，可其中通过构造精确的几何图形和结构排列使得超材料能够特性，实现超越传统材料的优势。
图 1-3 典型的太赫兹超材料：（a）负折射率超材料；（b）电磁诱导透明超材料；（c）LC 谐振环超材料；（d）手征性超材料；（e）主动调控超材料[33-37]。1999 年，J. B. Pendry 利用麦克斯韦方程和物质本构方程，设计出一种周期性结构，该结构具有磁响应性，将其称之为开口谐振环（Split Ring Resonator, SRR）结构[38]。在 J. B. Pendry 设计思想的基础上，D. R. Smith 等人利用导线以及金属铜的开环谐振器组成环环相扣的晶格，加工制作出了具有 SRR 结构的超材料。负折射率材料最初由 Victor Veselago 于 1967 年提出并加以描述，他证明这种材料可以穿透光，表明相速度可以与 Poynting 矢量方向反平行，这与天然存在的材料中的波传播方向相反[39]。2001 年，D. R. Smith 等人首次完成了负折射率超材料在微波段范围内的研究[33]。接着 G. Dolling 等人利用渔网（Fishnet）结构实现了负折射率超材料在光波段范围内的研究[40]。2004 年，J. B. Pendry 认为负折射率可以利用手征超材料结构实现[41]。2007年，V.A. Fedotov 等人提出了一种基于双开口圆环结构的滤波器，该器件具有较高品质因子[42]。2008 年，张翔课题组首次实现了在太赫兹波段内具有手征结构的负折射率超材料[43]。同年，D. R. Smith 和 J. B. Pendry 共同设计制造出超材料薄层，通过这
【参考文献】
本文编号：2854904
【学位单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN713;O441
【部分图文】：
1.1.1 远红外电磁波的特点及其应用远红外波段主要是指波长范围在 25~1000 μm 的电磁波，太赫兹（Terahertz, THz）波主要是指频率在 0.1~10 THz（波长在 30~3000 μm）之间的电磁波，如图 1-1，太赫兹波段波长涵盖了远红外线和毫米波的部分，涉及光学和电子学的综合研究。从上世纪八十年代开始，太赫兹波才被正式命名，在这之前，科学家们都称之为远红外射线。从频率上看，太赫兹波高于微波，但低于红外和可见光；从能量上看，太赫兹波则是介于光子和电子之间。在电磁波频谱上，位于太赫兹波段两侧的红外和微波技术发展迅速，目前远红外技术也已经取得了很多成果并且产业化，但是人们对太赫兹波段的认识有待进一步深入，在太赫兹波段内的研究成果和数据也很少，这主要是由于缺乏有效直接的太赫兹产生源和灵敏探测器，所以，这一波段也被称之为太赫兹间隙（THzGap）[1]。近二十年以来，为获得宽带稳定的脉冲太赫兹源和探测手段，科学界迅速开展了对太赫兹时域光谱技术和量子级联激光器的研究，并在国内外掀起一股太赫兹研究热潮[2]。
士论文 量级，将人工原子和人工分子单元通过不同的组合和排列质的超材料。超材料的主要特征可归纳为以下三个方面：第二，它具有自然界材料所不具备的超常物理性质；第三决于其原本材料的性质，而是取决于其中的人工结构，可其中通过构造精确的几何图形和结构排列使得超材料能够特性，实现超越传统材料的优势。
图 1-3 典型的太赫兹超材料：（a）负折射率超材料；（b）电磁诱导透明超材料；（c）LC 谐振环超材料；（d）手征性超材料；（e）主动调控超材料[33-37]。1999 年，J. B. Pendry 利用麦克斯韦方程和物质本构方程，设计出一种周期性结构，该结构具有磁响应性，将其称之为开口谐振环（Split Ring Resonator, SRR）结构[38]。在 J. B. Pendry 设计思想的基础上，D. R. Smith 等人利用导线以及金属铜的开环谐振器组成环环相扣的晶格，加工制作出了具有 SRR 结构的超材料。负折射率材料最初由 Victor Veselago 于 1967 年提出并加以描述，他证明这种材料可以穿透光，表明相速度可以与 Poynting 矢量方向反平行，这与天然存在的材料中的波传播方向相反[39]。2001 年，D. R. Smith 等人首次完成了负折射率超材料在微波段范围内的研究[33]。接着 G. Dolling 等人利用渔网（Fishnet）结构实现了负折射率超材料在光波段范围内的研究[40]。2004 年，J. B. Pendry 认为负折射率可以利用手征超材料结构实现[41]。2007年，V.A. Fedotov 等人提出了一种基于双开口圆环结构的滤波器，该器件具有较高品质因子[42]。2008 年，张翔课题组首次实现了在太赫兹波段内具有手征结构的负折射率超材料[43]。同年，D. R. Smith 和 J. B. Pendry 共同设计制造出超材料薄层，通过这
【参考文献】
相关期刊论文 前2条
1 刘欢;韩东海;;基于太赫兹时域光谱技术的饼干水分定量分析[J];食品安全质量检测学报;2014年03期
2 薛超敏;刘建胜;郑铮;李昕;张扬;樊汇隆;;太赫兹滤波器[J];激光与光电子学进展;2008年01期
相关博士学位论文 前1条
1 吕浩;微纳光子结构的制备及其光谱特性研究[D];青岛科技大学;2018年
本文编号：2854904
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2854904.html
