發(fā)布時(shí)間：2020-12-09 01:11

　　太赫茲（THz）波是介于微波與紅外光之間的電磁波,波長(zhǎng)位于3mm-0.03μm之間,具有多種獨(dú)特性質(zhì),如瞬態(tài)性、寬帶性、低能性、穿透性、光譜特征吸收等。太赫茲波探測(cè)技術(shù)是太赫茲波研究與應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一,決定著太赫茲科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。基于微測(cè)輻射熱計(jì)的非制冷紅外探測(cè)器可擴(kuò)展用于太赫茲波探測(cè),但傳統(tǒng)的紅外微測(cè)輻射熱計(jì)微橋結(jié)構(gòu)在THz波段的吸收很弱,導(dǎo)致探測(cè)器對(duì)THz波的響應(yīng)與信噪比很低。因此,需要對(duì)微測(cè)輻射熱計(jì)微橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),以增強(qiáng)其對(duì)太赫茲波的吸收。表面等離子體超材料是由人工自主設(shè)計(jì)的亞波長(zhǎng)周期陣列,擁有可調(diào)控的電磁參數(shù),可以在某些特定波段達(dá)到完美吸收,可用于改善微測(cè)輻射熱計(jì)在太赫茲波段的吸收率。本文以提高微橋結(jié)構(gòu)在低頻太赫茲波段的吸收率與增大吸收帶寬為目標(biāo),基于35×35μm²的小尺寸微橋探測(cè)單元,設(shè)計(jì)并集成了多種亞波長(zhǎng)周期金屬陣列結(jié)構(gòu),采用嚴(yán)格耦合波分析法與CST軟件進(jìn)行建模仿真與參數(shù)優(yōu)化,并完成探測(cè)結(jié)構(gòu)制備與測(cè)試驗(yàn)證,研究表面等離子體超材料耦合微橋結(jié)構(gòu)在太赫茲波段的吸收特性。首先設(shè)計(jì)了鈦（Ti）圓盤周期陣列天線并集成在微測(cè)輻射熱計(jì)微橋陣列結(jié)構(gòu)中,基于嚴(yán)格... 

【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

太赫茲波段在電磁波頻譜中的位置

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2主要有熱釋電探測(cè)器、測(cè)輻射熱計(jì)和高萊探測(cè)器。其中，熱釋電探測(cè)器和測(cè)輻射熱計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)室溫工作、陣列化、寬光譜的連續(xù)太赫茲波探測(cè)。但熱釋電探測(cè)器的制備基于熱釋電晶體材料（如鉭酸鋰），無(wú)法與硅基CMOS電路集成，并且為保障探測(cè)性能必須采用厚度很薄的晶體材料[12]。微測(cè)輻射熱計(jì)以微橋結(jié)構(gòu)為基本單元如圖1-2（a）所示，制備二維焦平面探測(cè)器陣列，通過(guò)讀取因吸收目標(biāo)太赫茲波而引起的熱敏薄膜電阻變化，實(shí)現(xiàn)太赫茲波探測(cè)。因此，在集成性、陣列化及成本方面，微測(cè)輻射熱計(jì)在太赫茲波輻射探測(cè)成像領(lǐng)域具有巨大的優(yōu)勢(shì)。由于太赫茲波處于與紅外光相鄰近的波段，而微測(cè)輻射熱計(jì)型紅外探測(cè)器技術(shù)已非常成熟，紅外微測(cè)輻射熱計(jì)在太赫茲輻射源的照射下可以用于太赫茲波段的探測(cè)與成像[13-15]。圖1-2（a）為傳統(tǒng)的紅外微測(cè)輻射熱計(jì)微橋結(jié)構(gòu)，制作在集成有讀出電路的襯底上，由橋面、橋腿和橋柱構(gòu)成，橋面是由橋腿支撐的懸空結(jié)構(gòu)，橋面與襯底之間為2~3μm高的真空諧振腔，諧振腔高度約為目標(biāo)紅外波長(zhǎng)的1/4。但由于太赫茲波的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，傳統(tǒng)的紅外微測(cè)輻射熱計(jì)微橋結(jié)構(gòu)無(wú)法對(duì)波長(zhǎng)較長(zhǎng)的太赫茲波進(jìn)行諧振吸收，導(dǎo)致器件對(duì)目標(biāo)輻射的吸收極低（<4%），難以提供較高的響應(yīng)與靈敏度[16]。因此，需要增加太赫茲波吸收層。金屬薄膜由于電阻損耗可以吸收太赫茲波，且具有低熱容、高熱導(dǎo)及與微橋結(jié)構(gòu)的制備工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)，成為太赫茲微測(cè)輻射熱計(jì)中吸收材料的首選[17-19]，表面修飾可進(jìn)一步提高金屬薄膜的有效吸收面積[20]，但金屬薄膜吸收太赫茲波的理論上限僅50%[21]。將天線、超材料等吸波結(jié)構(gòu)集成到微橋結(jié)構(gòu)中可有效提高太赫茲微測(cè)輻射熱計(jì)的吸收率。如圖1-2（b）為法國(guó)CEA-Leti實(shí)驗(yàn)室制備的11μm高的介質(zhì)諧振腔結(jié)?

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4常數(shù)和磁導(dǎo)率同時(shí)為負(fù)）[32]。如圖1-3所示為基于與取值的材料分類。第一象限是自然界中常見的材料，介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都為正，稱之為右手材料；第二象限是介電常數(shù)為負(fù)和磁導(dǎo)率為正的單負(fù)材料，稱之為電負(fù)材料；第四象限是介電常數(shù)為正和磁導(dǎo)率為負(fù)的單負(fù)材料，稱之為磁負(fù)材料[33]。第三象限的材料介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時(shí)為負(fù)，表現(xiàn)出負(fù)折射率。由于電磁波的傳播方向與電嘗磁場(chǎng)符合左手螺旋的法則，故被稱之為左手材料。圖1-3基于e與u取值的材料分類本世紀(jì)初，美國(guó)的D.R.Smith等人設(shè)計(jì)形成如圖1-4所示的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)將周期排列的金屬細(xì)線與金屬開口諧振環(huán)組合，使得結(jié)構(gòu)在微波波段具有負(fù)折射率[34]。此后，研究者設(shè)計(jì)出各種新的超材料結(jié)構(gòu)，使其在更高頻率波段甚至于太赫茲波段的獲得負(fù)折射率材料[35-37]。圖1-4周期排列的金屬細(xì)線與金屬開口諧振環(huán)組合（引自文獻(xiàn)[34]）


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