遠紅外波段及太赫茲(Terahertz,THz)波器件在國防安全和安檢等領(lǐng)域有著重要的作用。本文在基于電磁誘導(dǎo)透明(Electromagnetically Induced Transparency,EIT)效應(yīng)的理論基礎(chǔ)上,采用半導(dǎo)體微納加工工藝,設(shè)計了具有非對稱開口三角形結(jié)構(gòu)的遠紅外濾波器,利用三角形開口處的諧振和三角形邊與邊之間的諧振這兩種不同諧振模式之間的相互耦合,形成EIT效應(yīng)。實驗結(jié)果表明,非對稱性越大的結(jié)構(gòu)所引起的電磁耦合強度越大,器件的EIT效應(yīng)越明顯�；跁r域有限差分法電磁模擬了三角形微結(jié)構(gòu)太赫茲波段的透射率、電流密度和電場強度的分布,模擬結(jié)果與實驗結(jié)果得到了很好的吻合,并通過電流密度和電場強度的分布準確地表明了兩種不同電磁耦合模式相互作用的過程。研究的具體內(nèi)容主要為:1.基于時域有限差分法對建立不同尺寸的開口三角形結(jié)構(gòu)模型進行模擬,研究太赫茲波對三角形結(jié)構(gòu)的透射率,以及三角形結(jié)構(gòu)中形成的電流密度和電場強度分布對產(chǎn)生EIT效應(yīng)電磁耦合的起源。重點研究三角形開口與中心軸距離引起的非對稱性對EIT效應(yīng)的作用。通過Advanced Design System軟件計算三角形濾波結(jié)構(gòu)等效的LC值,進一步驗證實驗的有效性和準確性。2.基于半導(dǎo)體微納加工工藝實現(xiàn)了非對稱開口的三角形濾波結(jié)構(gòu)的制備,實驗上采用的是雙層光刻膠剝離技術(shù),利用高真空磁控濺射鍍膜系統(tǒng)沉積金屬薄膜。通過太赫茲時域光譜測試系統(tǒng)測試濾波器件的透射性能,由于制備的濾波結(jié)構(gòu)為非對稱結(jié)構(gòu),改變THz電場的入射方向?qū)ζ骷掌澩干渖疃冗M行了系統(tǒng)的研究。3.根據(jù)實驗測試和模擬得到電磁波透射譜,隨著開口三角形非對稱度的不斷增加,器件的諧振頻率出現(xiàn)紅移。且由于結(jié)構(gòu)的非對稱性,在頻率可觀察到的范圍內(nèi)觀測到了EIT效應(yīng)。通過對結(jié)構(gòu)電場強度和表面電流密度分布的模擬分析,三角形的邊是作為整個結(jié)構(gòu)中的亮模,三角形的開口及其部分邊作為整個結(jié)構(gòu)中的暗模,結(jié)構(gòu)中兩種不同諧振模式之間的相互耦合形成了EIT效應(yīng)。實驗和理論的研究在物理上進一步加深了對非對稱結(jié)構(gòu)太赫茲器件的調(diào)制機理的理解,在太赫茲波無源器件的研究工作中也積累了豐富的實驗數(shù)據(jù)。
【學位單位】：蘇州科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN713;O441
【部分圖文】：

1.1.1 遠紅外電磁波的特點及其應(yīng)用遠紅外波段主要是指波長范圍在 25~1000 μm 的電磁波，太赫茲（Terahertz, THz）波主要是指頻率在 0.1~10 THz（波長在 30~3000 μm）之間的電磁波，如圖 1-1，太赫茲波段波長涵蓋了遠紅外線和毫米波的部分，涉及光學和電子學的綜合研究。從上世紀八十年代開始，太赫茲波才被正式命名，在這之前，科學家們都稱之為遠紅外射線。從頻率上看，太赫茲波高于微波，但低于紅外和可見光；從能量上看，太赫茲波則是介于光子和電子之間。在電磁波頻譜上，位于太赫茲波段兩側(cè)的紅外和微波技術(shù)發(fā)展迅速，目前遠紅外技術(shù)也已經(jīng)取得了很多成果并且產(chǎn)業(yè)化，但是人們對太赫茲波段的認識有待進一步深入，在太赫茲波段內(nèi)的研究成果和數(shù)據(jù)也很少，這主要是由于缺乏有效直接的太赫茲產(chǎn)生源和靈敏探測器，所以，這一波段也被稱之為太赫茲間隙（THzGap）[1]。近二十年以來，為獲得寬帶穩(wěn)定的脈沖太赫茲源和探測手段，科學界迅速開展了對太赫茲時域光譜技術(shù)和量子級聯(lián)激光器的研究，并在國內(nèi)外掀起一股太赫茲研究熱潮[2]。

士論文 量級，將人工原子和人工分子單元通過不同的組合和排列質(zhì)的超材料。超材料的主要特征可歸納為以下三個方面：第二，它具有自然界材料所不具備的超常物理性質(zhì)；第三決于其原本材料的性質(zhì)，而是取決于其中的人工結(jié)構(gòu)，可其中通過構(gòu)造精確的幾何圖形和結(jié)構(gòu)排列使得超材料能夠特性，實現(xiàn)超越傳統(tǒng)材料的優(yōu)勢。

圖 1-3 典型的太赫茲超材料：（a）負折射率超材料；（b）電磁誘導(dǎo)透明超材料；（c）LC 諧振環(huán)超材料；（d）手征性超材料；（e）主動調(diào)控超材料[33-37]。1999 年，J. B. Pendry 利用麥克斯韋方程和物質(zhì)本構(gòu)方程，設(shè)計出一種周期性結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有磁響應(yīng)性，將其稱之為開口諧振環(huán)（Split Ring Resonator, SRR）結(jié)構(gòu)[38]。在 J. B. Pendry 設(shè)計思想的基礎(chǔ)上，D. R. Smith 等人利用導(dǎo)線以及金屬銅的開環(huán)諧振器組成環(huán)環(huán)相扣的晶格，加工制作出了具有 SRR 結(jié)構(gòu)的超材料。負折射率材料最初由 Victor Veselago 于 1967 年提出并加以描述，他證明這種材料可以穿透光，表明相速度可以與 Poynting 矢量方向反平行，這與天然存在的材料中的波傳播方向相反[39]。2001 年，D. R. Smith 等人首次完成了負折射率超材料在微波段范圍內(nèi)的研究[33]。接著 G. Dolling 等人利用漁網(wǎng)（Fishnet）結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了負折射率超材料在光波段范圍內(nèi)的研究[40]。2004 年，J. B. Pendry 認為負折射率可以利用手征超材料結(jié)構(gòu)實現(xiàn)[41]。2007年，V.A. Fedotov 等人提出了一種基于雙開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)的濾波器，該器件具有較高品質(zhì)因子[42]。2008 年，張翔課題組首次實現(xiàn)了在太赫茲波段內(nèi)具有手征結(jié)構(gòu)的負折射率超材料[43]。同年，D. R. Smith 和 J. B. Pendry 共同設(shè)計制造出超材料薄層，通過這
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 劉歡;韓東海;;基于太赫茲時域光譜技術(shù)的餅干水分定量分析[J];食品安全質(zhì)量檢測學報;2014年03期

2 薛超敏;劉建勝;鄭錚;李昕;張揚;樊匯隆;;太赫茲濾波器[J];激光與光電子學進展;2008年01期

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 呂浩;微納光子結(jié)構(gòu)的制備及其光譜特性研究[D];青島科技大學;2018年

本文編號：2854904