太赫茲波具有寬帶性、穿透性、高速率等優(yōu)點,在安全檢查、通信技術(shù)等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。太赫茲波段的功能器件常以硅為基礎(chǔ),但是由于硅與空氣折射率不匹配,使得在空氣和硅交界面的反射率達(dá)到30%,并且其在傳輸光譜中引入了法布里-珀羅干涉條紋。因此就需要在空氣與硅之間加入性能良好的增透膜以增加透射,降低反射。本文結(jié)合超材料設(shè)計靈活性高,有效控制太赫茲波振幅和相位等特性,對兩種太赫茲超材料增透膜的特性進行了數(shù)值研究。開口諧振環(huán)（Split Ring Resonator,SRR）是超材料中的常見結(jié)構(gòu),通過對開口環(huán)原理的研究,本文提出了兩種寬帶太赫茲超材料增透膜設(shè)計:（1）設(shè)計了一種基于站立SRR結(jié)構(gòu)的太赫茲超材料增透膜,利用雙開口環(huán)站立結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了太赫茲某些波段對反射的抑制,可以使得增透膜的反射率最低降至0.001,反射率在0.1以下的帶寬可達(dá)0.45 THz。通過多次反射干涉原理及反演等效參數(shù)原理分析了超材料增透膜的工作機理,再此基礎(chǔ)上用量化分析的方法研究了兩個開口環(huán)之間的距離、聚合物基底的厚度以及開口環(huán)臂長對該超材料增透膜的性能的影響,得出了最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。另外將其與單開口環(huán)立式結(jié)構(gòu)和前人所研究... 

【文章來源】：北京交通大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－２太赫茲波安檢檢測技術(shù)??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ?ｗａｖｅ?ｓｅｃｕｒｉｔｙ?ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ??

的幾何尺寸可以進行對磁導(dǎo)率和介電常數(shù)的任意控制，而不止局限于小于〇的范??圍，還可以遠(yuǎn)大于１，接近于〇等，而這些亞波長人工結(jié)構(gòu)構(gòu)成的材料被統(tǒng)稱為??超材料。圖１－３所示［２２］，這是一個漁網(wǎng)型的超材料結(jié)構(gòu)，其中的基本結(jié)構(gòu)單元為??十字形，由三層結(jié)構(gòu)組成，表層和基層都為金屬結(jié)構(gòu)，中間層為聚酰亞胺，基本??結(jié)構(gòu)單元周期為９５６?ｎｍ，上下層金屬之間會產(chǎn)生耦合作用，圖ｌ－３（ｂ）上圖為仿真??反演結(jié)果，下圖為實驗所得結(jié)果，藍(lán)色和紅色曲線分別表示了介電常數(shù)的實部和??虛部，通過介電常數(shù)與波長之間的關(guān)系圖可以看出，在１．５５?ｐｍ處出現(xiàn)了介電常??數(shù)近零的效果，因此通過這樣的漁網(wǎng)型超材料結(jié)構(gòu)合理利用金屬之間的電磁作用??實現(xiàn)了介電常數(shù)近零。既然能夠?qū)崿F(xiàn)對材料參數(shù)的任意控制，于是基于介電常數(shù)??或磁導(dǎo)率的眾多應(yīng)用涌現(xiàn)出來，如材料參數(shù)漸變的隱形材料、波束聚集器、波形??變換器等

增透膜的作用，在圖ｌ－４（ｂ）中可以看出，當(dāng)石墨烯堆疊到７層時，矩形框所標(biāo)注??的反射波脈沖幾乎為０，即達(dá)到了阻抗匹配的條件。同時作者通過化學(xué)摻雜ｈｎｏ３??的方式降低石墨烯的費米能級，改變石墨烯的導(dǎo)電性，圖１－４（Ｃ）可以看出，摻雜??之后的石墨烯可以通過５層堆疊達(dá)到阻抗匹配的條件，此時測量到的反射波脈沖??幾乎為０，對反射波達(dá)到有效的抑制。這種技術(shù)可以得到幾乎完美的增透膜，但??是對精度要求非常高，增透膜的厚度只有幾納米左右，因此這種增透膜的使用要??依賴于納米技術(shù)的發(fā)展，對實現(xiàn)條件要求更高。??第二種是通過將硅的表面做成浮雕結(jié)構(gòu)，使得折射率產(chǎn)生漸變，從而使空氣??與硅的折射率匹配［４２］。如圖１－５所示，使用的是三維光子倒置光柵結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的增??透膜。要將空氣與硅之間的菲涅爾損耗減小至０，則需要在這兩種介質(zhì)之間加入??一種漸變折射率結(jié)構(gòu)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于石墨烯超材料深度可調(diào)的調(diào)制器[J]. 劉元忠,張玉萍,曹妍妍,李悅,徐世林,張會云.  光學(xué)學(xué)報. 2016(10)
[2]高品質(zhì)因數(shù)太赫茲超材料設(shè)計的仿真分析[J]. 邢維,延鳳平,譚思宇,劉碩,李立朝.  中國激光. 2016(01)
[3]一種太赫茲類電磁誘導(dǎo)透明超材料諧振器[J]. 韓昊,武東偉,劉建軍,洪治.  光學(xué)學(xué)報. 2014(04)
[4]具有緩變折射率的太赫茲寬帶增透器件[J]. 陳吳玉婷,韓鵬昱,Lin Shawn-Yu,張希成.  物理學(xué)報. 2012(08)

博士論文
[1]新型太赫茲參量源研究[D]. 王偉濤.山東大學(xué) 2015
[2]太赫茲波的產(chǎn)生及其對太赫茲波進行三維探測的研究[D]. 李璐杰.南開大學(xué) 2013

碩士論文
[1]基于超材料的太赫茲吸波體理論與工藝研究[D]. 鄒濤波.桂林電子科技大學(xué) 2015
[2]人工電磁材料太赫茲吸波器等效電路的研究[D]. 黃博.南京郵電大學(xué) 2014



本文編號：3605670