基于超材料的太赫兹增透膜特性研究
发布时间：2022-01-24 02:39
太赫兹波具有宽带性、穿透性、高速率等优点,在安全检查、通信技术等方面有着广阔的应用前景。太赫兹波段的功能器件常以硅为基础,但是由于硅与空气折射率不匹配,使得在空气和硅交界面的反射率达到30%,并且其在传输光谱中引入了法布里-珀罗干涉条纹。因此就需要在空气与硅之间加入性能良好的增透膜以增加透射,降低反射。本文结合超材料设计灵活性高,有效控制太赫兹波振幅和相位等特性,对两种太赫兹超材料增透膜的特性进行了数值研究。开口谐振环（Split Ring Resonator,SRR）是超材料中的常见结构,通过对开口环原理的研究,本文提出了两种宽带太赫兹超材料增透膜设计:（1）设计了一种基于站立SRR结构的太赫兹超材料增透膜,利用双开口环站立结构实现了太赫兹某些波段对反射的抑制,可以使得增透膜的反射率最低降至0.001,反射率在0.1以下的带宽可达0.45 THz。通过多次反射干涉原理及反演等效参数原理分析了超材料增透膜的工作机理,再此基础上用量化分析的方法研究了两个开口环之间的距离、聚合物基底的厚度以及开口环臂长对该超材料增透膜的性能的影响,得出了最优结构参数。另外将其与单开口环立式结构和前人所研究...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２太赫兹波安检检测技术??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ?ｗａｖｅ?ｓｅｃｕｒｉｔｙ?ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ??
的几何尺寸可以进行对磁导率和介电常数的任意控制，而不止局限于小于〇的范??围，还可以远大于１，接近于〇等，而这些亚波长人工结构构成的材料被统称为??超材料。图１－３所示［２２］，这是一个渔网型的超材料结构，其中的基本结构单元为??十字形，由三层结构组成，表层和基层都为金属结构，中间层为聚酰亚胺，基本??结构单元周期为９５６?ｎｍ，上下层金属之间会产生耦合作用，图ｌ－３（ｂ）上图为仿真??反演结果，下图为实验所得结果，蓝色和红色曲线分别表示了介电常数的实部和??虚部，通过介电常数与波长之间的关系图可以看出，在１．５５?ｐｍ处出现了介电常??数近零的效果，因此通过这样的渔网型超材料结构合理利用金属之间的电磁作用??实现了介电常数近零。既然能够实现对材料参数的任意控制，于是基于介电常数??或磁导率的众多应用涌现出来，如材料参数渐变的隐形材料、波束聚集器、波形??变换器等
增透膜的作用，在图ｌ－４（ｂ）中可以看出，当石墨烯堆叠到７层时，矩形框所标注??的反射波脉冲几乎为０，即达到了阻抗匹配的条件。同时作者通过化学掺杂ｈｎｏ３??的方式降低石墨烯的费米能级，改变石墨烯的导电性，图１－４（Ｃ）可以看出，掺杂??之后的石墨烯可以通过５层堆叠达到阻抗匹配的条件，此时测量到的反射波脉冲??几乎为０，对反射波达到有效的抑制。这种技术可以得到几乎完美的增透膜，但??是对精度要求非常高，增透膜的厚度只有几纳米左右，因此这种增透膜的使用要??依赖于纳米技术的发展，对实现条件要求更高。??第二种是通过将硅的表面做成浮雕结构，使得折射率产生渐变，从而使空气??与硅的折射率匹配［４２］。如图１－５所示，使用的是三维光子倒置光栅结构实现的增??透膜。要将空气与硅之间的菲涅尔损耗减小至０，则需要在这两种介质之间加入??一种渐变折射率结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于石墨烯超材料深度可调的调制器[J]. 刘元忠,张玉萍,曹妍妍,李悦,徐世林,张会云. 光学学报. 2016(10)
[2]高品质因数太赫兹超材料设计的仿真分析[J]. 邢维,延凤平,谭思宇,刘硕,李立朝. 中国激光. 2016(01)
[3]一种太赫兹类电磁诱导透明超材料谐振器[J]. 韩昊,武东伟,刘建军,洪治. 光学学报. 2014(04)
[4]具有缓变折射率的太赫兹宽带增透器件[J]. 陈吴玉婷,韩鹏昱,Lin Shawn-Yu,张希成. 物理学报. 2012(08)
博士论文
[1]新型太赫兹参量源研究[D]. 王伟涛.山东大学 2015
[2]太赫兹波的产生及其对太赫兹波进行三维探测的研究[D]. 李璐杰.南开大学 2013
硕士论文
[1]基于超材料的太赫兹吸波体理论与工艺研究[D]. 邹涛波.桂林电子科技大学 2015
[2]人工电磁材料太赫兹吸波器等效电路的研究[D]. 黄博.南京邮电大学 2014
本文编号：3605670
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２太赫兹波安检检测技术??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ?ｗａｖｅ?ｓｅｃｕｒｉｔｙ?ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ??
的几何尺寸可以进行对磁导率和介电常数的任意控制，而不止局限于小于〇的范??围，还可以远大于１，接近于〇等，而这些亚波长人工结构构成的材料被统称为??超材料。图１－３所示［２２］，这是一个渔网型的超材料结构，其中的基本结构单元为??十字形，由三层结构组成，表层和基层都为金属结构，中间层为聚酰亚胺，基本??结构单元周期为９５６?ｎｍ，上下层金属之间会产生耦合作用，图ｌ－３（ｂ）上图为仿真??反演结果，下图为实验所得结果，蓝色和红色曲线分别表示了介电常数的实部和??虚部，通过介电常数与波长之间的关系图可以看出，在１．５５?ｐｍ处出现了介电常??数近零的效果，因此通过这样的渔网型超材料结构合理利用金属之间的电磁作用??实现了介电常数近零。既然能够实现对材料参数的任意控制，于是基于介电常数??或磁导率的众多应用涌现出来，如材料参数渐变的隐形材料、波束聚集器、波形??变换器等
增透膜的作用，在图ｌ－４（ｂ）中可以看出，当石墨烯堆叠到７层时，矩形框所标注??的反射波脉冲几乎为０，即达到了阻抗匹配的条件。同时作者通过化学掺杂ｈｎｏ３??的方式降低石墨烯的费米能级，改变石墨烯的导电性，图１－４（Ｃ）可以看出，掺杂??之后的石墨烯可以通过５层堆叠达到阻抗匹配的条件，此时测量到的反射波脉冲??几乎为０，对反射波达到有效的抑制。这种技术可以得到几乎完美的增透膜，但??是对精度要求非常高，增透膜的厚度只有几纳米左右，因此这种增透膜的使用要??依赖于纳米技术的发展，对实现条件要求更高。??第二种是通过将硅的表面做成浮雕结构，使得折射率产生渐变，从而使空气??与硅的折射率匹配［４２］。如图１－５所示，使用的是三维光子倒置光栅结构实现的增??透膜。要将空气与硅之间的菲涅尔损耗减小至０，则需要在这两种介质之间加入??一种渐变折射率结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于石墨烯超材料深度可调的调制器[J]. 刘元忠,张玉萍,曹妍妍,李悦,徐世林,张会云. 光学学报. 2016(10)
[2]高品质因数太赫兹超材料设计的仿真分析[J]. 邢维,延凤平,谭思宇,刘硕,李立朝. 中国激光. 2016(01)
[3]一种太赫兹类电磁诱导透明超材料谐振器[J]. 韩昊,武东伟,刘建军,洪治. 光学学报. 2014(04)
[4]具有缓变折射率的太赫兹宽带增透器件[J]. 陈吴玉婷,韩鹏昱,Lin Shawn-Yu,张希成. 物理学报. 2012(08)
博士论文
[1]新型太赫兹参量源研究[D]. 王伟涛.山东大学 2015
[2]太赫兹波的产生及其对太赫兹波进行三维探测的研究[D]. 李璐杰.南开大学 2013
硕士论文
[1]基于超材料的太赫兹吸波体理论与工艺研究[D]. 邹涛波.桂林电子科技大学 2015
[2]人工电磁材料太赫兹吸波器等效电路的研究[D]. 黄博.南京邮电大学 2014
本文编号：3605670
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