太赫兹到红外辐射转换器的设计研究

发布时间：2017-06-19 08:08

  本文关键词：太赫兹到红外辐射转换器的设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：太赫兹波是处于红外与毫米波之间,波长在0.03-3mm范围的电磁波,具有一些独特的性质:宽带特性、相干特性、低能量特性、瞬态特性、光谱特征吸收特性、穿透特性等。由于这些特性使得太赫兹波能广泛应用到军事、通信、生物医学、安全检查等领域,受到了国内外广泛的关注和研究。超材料具有负磁导率、负介电常数、负折射率等特性,在太赫兹领域具有很大的发展前景。结合比较成熟的红外探测技术,本文设计了太赫兹到红外辐射转换器,利用超材料吸收结构将太赫兹波吸收并将能量转换成红外辐射,再使用红外探测器进行探测。超材料吸收结构是转换器的核心部分,需要对太赫兹波进行高效地吸收。本文设计了开口环超材料吸收结构,由金属开口环、介质层、金属反射层组成,研究了超材料结构的吸收原理,并利用CST软件进行了仿真,在2.52THz附近达到99%的吸收,分析了超材料结构对太赫兹波的吸收特性,包括表面电流分布、能量分布等。分别对超材料结构的图形尺寸、线条宽度、介质层厚度、太赫兹波入射角等参数进行调整并仿真,研究这些参数对太赫兹响应的影响。基于开口环图形结构,通过调整开口环开口方向设计了多频吸收结构,并做了相应的仿真分析。本文通过光刻、磁控溅射、剥离等工艺在柔性介质薄膜上制备了开口环超材料结构,开口环阵列结构完整均匀,线条宽度为3.5μm左右,与掩模板上的图形基本一致。研究了实验步骤和参数,重点分析了光刻步骤和参数对光刻图形质量的影响,测试并分析了超材料结构对太赫兹波的响应特性,与仿真结果符合。本文将石墨作为红外发射层材料,研究了制备石墨涂层的材料、材料配比、实验详细步骤及参数。制备所得的石墨涂层均匀完整,通过测试分析得到:石墨涂层的红外吸收率随着石墨层厚度增加而增加,当石墨厚度为8μm时,转换器具有小的热容,并且在红外波长为10μm附近,吸收率达到80%左右。
【关键词】：太赫兹 超材料吸收结构 转换器 光刻 石墨涂层
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN21
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 太赫兹波概述10-12
• 1.1.1 太赫兹波简介及特性10-11
• 1.1.2 太赫兹波的应用11-12
• 1.2 超材料结构介绍12-20
• 1.2.1 超材料结构背景介绍12-13
• 1.2.2 超材料结构的应用与发展13-20
• 1.3 论文选题意义以及主要内容20-22
• 第二章 太赫兹到红外辐射转换器结构的原理分析22-30
• 2.1 太赫兹到红外辐射转换器的结构与工作原理22-23
• 2.2 超材料结构的电磁特性23-26
• 2.2.1 超材料的负介电常数特性23-24
• 2.2.2 超材料的负磁导率特性24-25
• 2.2.3 负折射特性25-26
• 2.2.4 超材料反常多普勒效应26
• 2.3 超材料结构吸收特性26-28
• 2.4 红外发射层材料分析28
• 2.5 小结28-30
• 第三章 太赫兹波段超材料吸收结构设计与仿真30-44
• 3.1 开口环超材料结构的吸收原理30-32
• 3.2 开口环超材料结构仿真32-37
• 3.2.1 仿真软件CST介绍32-33
• 3.2.2 开口环超材料结构建模33-34
• 3.2.3 开口环超材料结构吸收特性34-37
• 3.3 开口环超材料结构参数对吸收特性的影响37-41
• 3.3.1 开口环结构尺寸参数的影响37-38
• 3.3.2 开口环结构金属图形线宽的影响38-40
• 3.3.3 介质层厚度参数影响40
• 3.3.4 太赫兹波入射角的影响40-41
• 3.4 多频超材料结构设计与仿真41-43
• 3.5 小结43-44
• 第四章 超材料吸收结构的制备实验研究44-54
• 4.1 关键技术概述44-47
• 4.1.1 光刻技术原理介绍44-46
• 4.1.2 磁控溅射技术原理介绍46-47
• 4.2 超材料吸收结构制备工艺流程47-49
• 4.3 开口环超材料吸收结构的形貌和性能表征49-53
• 4.4 小结53-54
• 第五章 红外发射层的制备实验研究54-61
• 5.1 石墨材料概述54
• 5.2 实验工艺流程54-56
• 5.3 石墨涂层形貌与性能表征56-60
• 5.4 小结60-61
• 第六章 总结与展望61-63
• 6.1 总结61-62
• 6.2 展望62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-67
• 攻读硕士期间取得的研究成果67-68

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