基于电磁超材料的太赫兹功能器件研究

发布时间：2017-08-14 15:32

  本文关键词：基于电磁超材料的太赫兹功能器件研究

  更多相关文章： 太赫兹 电磁超材料 吸收器 频率选择表面 二氧化钒

【摘要】：近20年来,太赫兹技术得到飞速的发展,由原来的所谓“太赫兹空白”已经发展为现在的研究热点。太赫兹高速无线通信、探测成像、医疗诊断等应用系统的开发也进行到十分关键的阶段并逐步向产业化方向过渡。相应地,这些应用系统所需要的关键核心器件研究就变得极为重要了。众所周知,由于太赫兹波独特的频段范围,该波段的材料和器件都严重缺乏,这使得太赫兹系统的构建变得困难。在本研究中,我们着重探索了利用人工电磁超材料构建太赫兹功能器件的尝试,以展示利用这种新型材料研制实用性太赫兹功能器件的方法和过程。超材料作为一种新的材料设计理念,有着与传统材料不同的性质,通过合理控制其介电常数与磁导率特性可以构建多种新颖器件,使之可以应用在太赫兹安全监测、无线通信、探测成像和光谱分析等多个领域。首先,本文利用超材料设计了太赫兹吸收器,先用LC共振模型解释吸收器的工作机理,采用仿真软件CST Microwave Studio 2011设计了一款基于SRR结构的集中型吸收器,频点处吸收率达到了90%,为增加带宽,将结构增加为双层,吸收带宽达到100GHz。另外,为了实现吸收器的可调性,引入“金属—绝缘体”相变材料二氧化钒,利用其电导率随温度变化而变化的特性来改变吸收器的阻抗匹配特性。在室温下与大于68℃的环境下,使原单层吸收器的可调幅度达到了60%。将二氧化钒用于双层吸收器则使吸收频带大幅变宽,达到了190GHz。其次,本文设计并制备了基于频率选择表面的太赫兹带通滤波器,用CST Microwave Studio 2011软件设计了交叉型与平行型两种类型的频率选择表面,通过MEMS加工工艺与射频磁控溅射工艺制备成品,并用太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统加以测试,所得结果证明透射率均超过了85%,3dB带宽均达到了48%以上。本文研究设计的两种器件均是太赫兹应用系统的核心器件,一方面为构建太赫兹应用系统提供了器件基础,另一方面展示了人工电磁超材料在太赫兹功能器件研制上的巨大潜力。
【关键词】：太赫兹 电磁超材料 吸收器 频率选择表面 二氧化钒
【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】：TN713.5;TB34
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 太赫兹波简介10-11
• 1.2 太赫兹电磁波特性与应用11-12
• 1.3 电磁超材料12-13
• 1.4 电磁超材料太赫兹调制器13-14
• 1.5 太赫兹吸收器件14-15
• 1.6“无磁性”结构制造的磁性THZ电磁超材料15-16
• 1.7 论文研究内容16-17
• 第二章 太赫兹功能器件设计、制备与测试相关17-22
• 2.1 器件设计软件介绍17
• 2.2 器件制备工艺简介17-19
• 2.2.1 二氧化钒薄膜的制备17-18
• 2.2.2 器件微细加工工艺说明18-19
• 2.3 太赫兹时域光谱测试原理19-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第三章 太赫兹吸收器设计与仿真22-42
• 3.1 太赫兹吸收器的基本原理与理论模型22-23
• 3.2 太赫兹吸收器的设计与仿真23-40
• 3.2.1 集中型吸收器24-32
• 3.2.1.1 简单吸收器示例24-26
• 3.2.1.2 不可调集中型吸收器26-29
• 3.2.1.3 可调的集中型吸收器29-32
• 3.2.2 双层展宽吸收器32-35
• 3.2.2.1 不可调的双层展宽吸收器33-35
• 3.2.2.2 可调双层展宽吸收器35
• 3.2.3 金属孔吸收器35-37
• 3.2.4 双频吸收器37-40
• 3.3 本章小结40-42
• 第四章 太赫兹频率选择表面的设计与制作42-53
• 4.1 频率选择表面42-43
• 4.2 交叉型双波段频率选择表面研究43-47
• 4.3 平行型双波段频率选择表面研究47-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第五章 结论与展望53-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-62
• 攻读硕士学位期间取得的成果62-63

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本文编号：673401