基于MEMS平面重构可调谐超材料的太赫兹功能器件研究
发布时间：2021-11-19 01:43
太赫兹波由于具有瞬态性、高穿透性及安全性等特征,使其在生物医学成像、环境监测、化学分析及通信等领域具有广阔的应用前景。然而,自然界中大多数材料与太赫兹波相互作用非常弱,不能有效地实现太赫兹波的传输和辐射,导致太赫兹技术及其功能器件的发展受到了严重阻碍。近年来,可调谐超材料实现太赫兹功能器件引起了人们广泛的关注。然而,传统的基于活性材料调谐方法的调谐能力明显依赖于材料的非线性特性,导致调谐范围有限,不利于实际应用;基于非平面微机电系统结构的调谐能力取决于悬臂梁翘曲高度,致使器件调谐范围有限、工艺复杂且可靠性低。所以本文针对这些弊端提出了三种基于微机电系统（MEMS）平面重构可调谐太赫兹超材料结构,实现了多种大范围、多功能、实时动态可调谐的太赫兹功能器件。主要研究内容如下:1、本论文首先提出了基于MEMS平面重构太赫兹超材料频率选择器,利用静电微机械驱动器双向驱动可动“T”型结构与固定“T”型结构实现正面接触、相互分离和背面接触状态,从而形成“H”型结构单元或“十”字型结构单元。研究结果表明:可动“T”型结构在平移的过程中,电磁耦合强度发生变化,总的有效电容改变,导致传输谐振频率发生平移,...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于砷化镓的电切换太赫兹超材料[13]
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文-3-ManojGupta等人在超材料开口环的开口处集成半导体硅，通过光泵浦硅激发产生载流子，改变其导电性，从而可动态调控太赫兹波传输幅度，并实现了环偶极子激励与电偶极子激励的动态转换，如图1-2所示[14]。图1-1基于砷化镓的电切换太赫兹超材料[13]a)结构设计;b)太赫兹透射光谱随电压的变化情况;c)提取的复介电常数实部Fig.1-1SchematicdiagramoftheterahertzmetamaterialbasedonGaAsundervoltageexcitation：a)Schematicdevicedesign;b)THztransmissionspectraasafunctionofappliedvoltage,andc)extractedrealpartofthecomplexdielectricfunction.图1-2基于硅结构的环偶极子可切换太赫兹超材料[14]a)结构示意图;b)太赫兹传输光谱随硅电导率的变化情况Fig.1-1Schematicdiagramofthetoroidalswitchablemetamaterialbasedonsiliconunderopticalexcitation：a)Schematicdevicedesign;b)THztransmissionspectraasafunctionofdifferentconductivitiesofSipads(2)液晶材料液晶是由液晶分子组成的液体形式的介电材料，其光学特性取决于液晶分子排列方式，通过外加电压、磁场或控制温度来改变液晶分子的取向，可获得
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文-4-特定方向上折射率超过10%的变化。此外，液晶可适用于从微波到太赫兹波、红外波及可见光的所有波段，因此，基于液晶可调谐的太赫兹超材料也得到了广泛的研究[15-16]。由于液晶对电场和磁场很敏感，当液晶受到电场和磁场作用时，其介电常数会发生改变，致使超材料的折射率和透射率发生改变，从而实现具有可调谐性能的太赫兹超材料。例如，2012年，DavidShrekenhamer等人将液晶与超材料单元结构相结合，通过电调控方式可控制超材料对太赫兹波的吸收能力，在固定频率下调制幅度可达30％，如图1-3所示[17]。2019年，周紫葳等人提出了一种动态高效的基于液晶的全介质可调谐超材料结构，当液晶受到外加场的作用，可由各向同性变为各向异性，实现了超材料谐振峰的可调谐特性。此外，在全介质超材料底部加上金属板结构，实现了吸波率高于90%的吸波器功能，如图1-4所示[18]。图1-3基于液晶可调谐吸收器[17]a)结构示意图;b)太赫兹传输光谱随电压的变化情况Fig.1-3Schematicdiagramofthetunablemetamaterialabsorberbasedonliquida)Schematicdevicedesign;b)THztransmissionspectraasafunctionofdifferentvoltage
【参考文献】：
期刊论文
[1]电磁编码超材料的理论与应用[J]. 张磊,刘硕,崔铁军. 中国光学. 2017(01)
[2]MEMS技术在THz无源器件中的应用[J]. 赵兴海,鲍景富,杜亦佳,高杨,郑英彬. 传感器与微系统. 2011(07)
博士论文
[1]基于电磁超材料的太赫兹功能器件机理与特性研究[D]. 陈徐.中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所) 2018
硕士论文
[1]液晶基可调谐全介质超表面的研究[D]. 周紫葳.北京邮电大学 2019
本文编号：3504033
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于砷化镓的电切换太赫兹超材料[13]
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文-3-ManojGupta等人在超材料开口环的开口处集成半导体硅，通过光泵浦硅激发产生载流子，改变其导电性，从而可动态调控太赫兹波传输幅度，并实现了环偶极子激励与电偶极子激励的动态转换，如图1-2所示[14]。图1-1基于砷化镓的电切换太赫兹超材料[13]a)结构设计;b)太赫兹透射光谱随电压的变化情况;c)提取的复介电常数实部Fig.1-1SchematicdiagramoftheterahertzmetamaterialbasedonGaAsundervoltageexcitation：a)Schematicdevicedesign;b)THztransmissionspectraasafunctionofappliedvoltage,andc)extractedrealpartofthecomplexdielectricfunction.图1-2基于硅结构的环偶极子可切换太赫兹超材料[14]a)结构示意图;b)太赫兹传输光谱随硅电导率的变化情况Fig.1-1Schematicdiagramofthetoroidalswitchablemetamaterialbasedonsiliconunderopticalexcitation：a)Schematicdevicedesign;b)THztransmissionspectraasafunctionofdifferentconductivitiesofSipads(2)液晶材料液晶是由液晶分子组成的液体形式的介电材料，其光学特性取决于液晶分子排列方式，通过外加电压、磁场或控制温度来改变液晶分子的取向，可获得
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文-4-特定方向上折射率超过10%的变化。此外，液晶可适用于从微波到太赫兹波、红外波及可见光的所有波段，因此，基于液晶可调谐的太赫兹超材料也得到了广泛的研究[15-16]。由于液晶对电场和磁场很敏感，当液晶受到电场和磁场作用时，其介电常数会发生改变，致使超材料的折射率和透射率发生改变，从而实现具有可调谐性能的太赫兹超材料。例如，2012年，DavidShrekenhamer等人将液晶与超材料单元结构相结合，通过电调控方式可控制超材料对太赫兹波的吸收能力，在固定频率下调制幅度可达30％，如图1-3所示[17]。2019年，周紫葳等人提出了一种动态高效的基于液晶的全介质可调谐超材料结构，当液晶受到外加场的作用，可由各向同性变为各向异性，实现了超材料谐振峰的可调谐特性。此外，在全介质超材料底部加上金属板结构，实现了吸波率高于90%的吸波器功能，如图1-4所示[18]。图1-3基于液晶可调谐吸收器[17]a)结构示意图;b)太赫兹传输光谱随电压的变化情况Fig.1-3Schematicdiagramofthetunablemetamaterialabsorberbasedonliquida)Schematicdevicedesign;b)THztransmissionspectraasafunctionofdifferentvoltage
【参考文献】：
期刊论文
[1]电磁编码超材料的理论与应用[J]. 张磊,刘硕,崔铁军. 中国光学. 2017(01)
[2]MEMS技术在THz无源器件中的应用[J]. 赵兴海,鲍景富,杜亦佳,高杨,郑英彬. 传感器与微系统. 2011(07)
博士论文
[1]基于电磁超材料的太赫兹功能器件机理与特性研究[D]. 陈徐.中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所) 2018
硕士论文
[1]液晶基可调谐全介质超表面的研究[D]. 周紫葳.北京邮电大学 2019
本文编号：3504033
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/3504033.html
