【摘要】：超材料是由亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)單元周期性排列組合成的人工復(fù)合材料。通過改變共振單元的結(jié)構(gòu)形狀或尺寸可以靈活地改變材料對(duì)電磁波的響應(yīng),實(shí)現(xiàn)如吸波器、濾波器、傳感器和偏振器等各種功能器件。隨著微加工技術(shù)的蓬勃發(fā)展,使太赫茲波段的超材料成為可能。太赫茲波超材料的制作通常采用傳統(tǒng)光刻的方法,但是該方法流程復(fù)雜,而激光誘導(dǎo)化學(xué)鍍作為一種新型加工工藝以其簡(jiǎn)便、靈活和低成本的優(yōu)點(diǎn)逐漸受到研究者的青睞。本文主要研究了太赫茲波超材料的制備技術(shù)激光誘導(dǎo)化學(xué)鍍。實(shí)現(xiàn)了雙層金屬結(jié)構(gòu)的超材料制作,并分別制備了單層類電磁誘導(dǎo)透明諧振器和雙層金屬線柵偏振器。經(jīng)太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)(THz-TDS)測(cè)試證明該方法簡(jiǎn)便有效。本文主要研究工作如下:(1)研究了一種太赫茲波超材料的制備技術(shù)—激光誘導(dǎo)化學(xué)鍍。首先利用激光曝光在涂覆有Ag NO3膠體的聚合物材料表面圖形化沉積金屬銀,然后進(jìn)行化學(xué)鍍實(shí)現(xiàn)銅鍍層的沉積。主要工作包括表面處理、激光直寫和化學(xué)鍍銅等工藝研究,重點(diǎn)介紹了激光直寫參數(shù)對(duì)金屬線的影響、自動(dòng)對(duì)焦的實(shí)現(xiàn)以及雙層金屬結(jié)構(gòu)超材料的實(shí)現(xiàn)。(2)利用時(shí)域有限差分法(FDTD)對(duì)由同心的大小圓環(huán)組合成的雙圓環(huán)(DR)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真分析,并利用激光誘導(dǎo)化學(xué)鍍技術(shù)在45μm聚酰亞胺(PI)薄膜上制備了DR樣品。THz-TDS測(cè)試結(jié)果表明該DR結(jié)構(gòu)具有類電磁誘導(dǎo)透明(EIT)效應(yīng)。在0.42 THz附近出現(xiàn)了一個(gè)透明窗口,諧振峰的Q值為12,相比單獨(dú)圓環(huán)提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。(3)設(shè)計(jì)并制備了雙層金屬線柵結(jié)構(gòu)的太赫茲波偏振器,采用45μm的PI薄膜為基底,利用激光誘導(dǎo)化學(xué)鍍技術(shù)在基底兩面分別制作了金屬線柵。利用FDTD對(duì)單雙層線柵偏振性能進(jìn)行了對(duì)比,并分析了基底厚度、金屬厚度、基底損耗和兩層線柵之間偏移量對(duì)雙層線柵偏振器(BWGP)性能的影響。經(jīng)THz-TDS測(cè)試,在0.2~1.6 THz范圍內(nèi),BWGP的TM波透過率高達(dá)67%,消光比超過45 d B,明顯高于單層線柵偏振器。
[Abstract]:Metamaterials are artificial composites composed of subwavelength structure units arranged periodically. By changing the structure shape or size of the resonance unit, the response of materials to electromagnetic waves can be changed flexibly, and various functional devices such as absorbers, filters, sensors and polarizers can be realized. With the rapid development of micro-fabrication technology, terahertz-band metamaterials become possible. Traditional lithography is usually used to fabricate terahertz wave supermaterials, but the process is complicated, and laser induced electroless plating (LECP) as a new processing technology has been favored by researchers for its advantages of simplicity, flexibility and low cost. The preparation technology of terahertz wave supermaterial was studied in this paper. The supermaterial fabrication of double metal structure is realized, and monolayer electromagnetically induced transparent resonators and double metal wire gate polarizers are fabricated respectively. The method is proved to be simple and effective by terahertz time domain spectroscopy (THz-TDS). The main work of this paper is as follows: (1) the preparation technology of terahertz wave supermaterial, laser induced electroless plating, has been studied. Firstly, silver was graphically deposited on the surface of polymer coated with Ag NO3 colloid by laser exposure, and then electroless plating was carried out to achieve the deposition of copper coating. The main work includes surface treatment, laser direct writing and electroless copper plating. The influence of laser direct writing parameters on metal wire is introduced. The realization of auto-focusing and the realization of supermaterial of double-layer metal structure. (2) the double-ring (DR) structure composed of concentric rings is simulated and analyzed by using the finite-difference time-domain method (FDTD). The DR samples were prepared on 45 渭 m polyimide (PI) thin films by laser induced electroless plating. The THz-TDS results show that the DR structure has electromagnetically induced transparent (EIT) effect. A transparent window appears near 0. 42 THz. The Q value of the resonant peak is 12, which is an order of magnitude higher than that of the single ring. (3) A terahertz wave polarizer with double metal wire gate structure is designed and fabricated. Using 45 渭 m PI thin film as the substrate, the metal wire gate was fabricated on both sides of the substrate by laser induced electroless plating. The polarization performance of single and double-layer linear gate is compared by FDTD, and the effects of substrate thickness, metal thickness, substrate loss and offset between two layers on the (BWGP) performance of double-layer linear gate polarizer are analyzed. In the range of 0.2 ~ 1.6 THz, the transmittance of TM wave in BWGP is as high as 67 dB, and the extinction ratio is more than 45 dB, which is obviously higher than that of single-layer gate polarizer.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)計(jì)量學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB39

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