太赫兹超材料吸波器架构及绝缘材料介电特性检测方法研究

发布时间：2024-07-04 20:05

　　太赫兹波由于其指纹性、高安全性、时间空间高分辨率、强穿透性、宽频带等特异性质,在生物医学、航空航天、食品药品检测等方面具有重要应用前景。对太赫兹波,很难找到对其有强烈响应的天然材料,而超材料作为一种人工设计的周期性结构,可以任意设计自身结构和单元排布,通过吸收、阻挡或弯曲入射波来实现对太赫兹波自由、高效的操控而获得较大关注和重视。基于超材料的吸波器具有超薄、近乎完美的吸收率、工作频率可调等传统吸波器不具备的优势,在成像、感知、太阳能收集等领域具有极大应用前景,但目前超材料吸波器仍存在吸收频带不够宽、动态调控方式少,设计方法和工作机理不够清晰等问题,亟待系统细致的研究。本文首先从太赫兹波检测和超材料吸波器基本原理出发,研究了包括窄带、超宽频带、动态调控等不同架构的太赫兹超材料吸波器,并对其展开了系统的机理分析;再进一步研究了基于超材料吸波器的绝缘材料介电特性检测方法,为绝缘材料的检测提供了新思路;最后对所提超材料吸波器进行光刻加工制备,并搭建太赫兹时域光谱系统平台,通过实验证明了该检测方法的有效性。本论文的主要研究内容和成果如下:(1)研究构建了基于MDM架构的窄带太赫兹超材料吸波器。首...

【文章页数】：133 页

【学位级别】：博士

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中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 研究目的与意义
    1.2 超材料及超材料吸波器研究现状
        1.2.1 超材料研究现状简介
        1.2.2 超材料吸波器研究现状
    1.3 结合超材料的太赫兹波传感检测
        1.3.1 太赫兹波无损检测
        1.3.2 结合超材料的THz-TDS无损检测现状
    1.4 现有研究中的不足
    1.5 论文主要研究内容
2 太赫兹检测原理及超材料吸波器理论
    2.1 引言
    2.2 太赫兹波检测原理
        2.2.1 基于光电导天线太赫兹波的产生与探测
        2.2.2 太赫兹时域光谱系统介绍
    2.3 太赫兹超材料吸波器理论
        2.3.1 太赫兹超材料理论基础
        2.3.2 太赫兹吸波器的理论模型
    2.4 小结
3 基于MDM架构的窄带太赫兹超材料吸波器
    3.1 引言
    3.2 基于开口谐振环的双频带太赫兹超材料吸波器
        3.2.1 等效电路表征及定性分析
        3.2.2 超材料吸波器结构尺寸对吸收影响的模拟与分析
        3.2.3 基于谐振频率处电场电流分布的工作机理分析
    3.3 基于三圆环谐振单元的三频带太赫兹超材料吸波器
        3.3.1 基于三圆环谐振单元吸波器结构设计
        3.3.2 三频带超材料吸波器吸收情况模拟与分析
    3.4 小结
4 基于石墨烯与钛酸锶的太赫兹宽频带及动态调控吸波器
    4.1 引言
    4.2 基于STO的频率动态调控太赫兹超材料吸波器
        4.2.1 太赫兹频段下钛酸锶材料特性分析
        4.2.2 结构设计和几何参数
        4.2.3 结果讨论分析
    4.3 基于石墨烯的超宽频带太赫兹超材料吸波器
        4.3.1 石墨烯材料特性研究
        4.3.2 石墨烯的等效建模表征
        4.3.3 结构设计和参数
        4.3.4 吸收谱及讨论分析
    4.4 小结
5 绝缘材料介电特性太赫兹波检测方法研究
    5.1 引言
    5.2 太赫兹超材料吸波器的设计
    5.3 基于超材料吸波器的传感分析
        5.3.1 绝缘材料厚度传感分析
        5.3.2 绝缘材料折射率传感分析
    5.4 太赫兹超材料吸波器传感机理分析
        5.4.1 超材料吸波器传感中的电场及能耗分析
        5.4.2 超材料吸波器传感的传输线等效模型
    5.5 实验部分
        5.5.1 太赫兹波对绝缘油纸含水量检测
        5.5.2 超材料吸波器的制备
        5.5.3 实验平台及测试
        5.5.4 实验结果与分析
    5.6 小结
6 结论与展望
    6.1 主要工作总结
    6.2 主要创新工作
    6.3 后续工作展望
参考文献
附录
    A.作者在攻读博士学位期间的科研成果
    B.作者在攻读博士学位期间参与的科研项目
    C.学位论文数据集
致谢



本文编号：4000470