本文關(guān)鍵詞： 太赫茲 吸收器 多波長(zhǎng) 可調(diào)諧 耦合 電磁感應(yīng)透明 法布里-珀羅　出處：《北京交通大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：太赫茲科學(xué)技術(shù)在最近十年得到了迅猛的發(fā)展,而且越來(lái)越受到相關(guān)研究人員的重視,這是由于它在如生物科學(xué),醫(yī)學(xué)成像,安全和空間科學(xué),傳感等諸多領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。鑒于太赫茲科學(xué)技術(shù)潛在的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的發(fā)展前景,吸引了世界各國(guó)大量科研人員的研究興趣,一系列太赫茲器件得到了飛速的發(fā)展。例如發(fā)射器,調(diào)制器,濾波器,檢測(cè)器和吸收器等等,這些器件的不斷改進(jìn)使得太赫茲系統(tǒng)的性能得到不斷的優(yōu)化。在這些器件中,太赫茲吸收器促進(jìn)了太赫茲探測(cè)器、熱發(fā)射器、傳感器和室溫下隱身操作技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。在過(guò)去的十年中,基于平面超材料的太赫茲吸收器得到了快速的發(fā)展,此類太赫茲吸收器表現(xiàn)出了很多優(yōu)異的性能,例如偏振不敏感、全角度、雙波長(zhǎng)、三波長(zhǎng)、超窄帶和寬帶吸收等等。不幸的是,這些吸收器的吸收峰很難調(diào)諧,除非改變其幾何參數(shù),對(duì)于制定好的器件來(lái)說(shuō),反復(fù)修改其幾何尺寸顯得十分笨拙,另外這些所謂的超材料都是通過(guò)金屬和介質(zhì)組合形成的,其排列還有一定的規(guī)則,有時(shí)候想要找到合適的金屬-介質(zhì)組成的超材料還相當(dāng)困難,那么自然界中是否存在能吸收太赫茲波,且介電常數(shù)可調(diào)諧的材料呢?答案是肯定的。本文主要設(shè)計(jì)并研究了基于半導(dǎo)體InSb太赫茲波段的多種可調(diào)諧太赫茲吸收器,著重利用電磁感應(yīng)透明原理和明暗諧振腔的強(qiáng)耦合導(dǎo)致原始共振頻率發(fā)生分裂的物理現(xiàn)象設(shè)計(jì)了可調(diào)諧太赫茲多波長(zhǎng)吸收器。論文主要?jiǎng)?chuàng)新成果如下:1.對(duì)三種(金屬、石墨烯、半導(dǎo)體)可以支持SPP波的材料進(jìn)行了對(duì)比,并分別利用三種材料設(shè)計(jì)了若干性能優(yōu)異的微納光子器件。2.設(shè)計(jì)了基于對(duì)稱T型InSb陣列的單波長(zhǎng)太赫茲吸收器,吸收效率高達(dá)99.3%。另外吸收頻率的位置可以通過(guò)溫度來(lái)調(diào)控。3.分析了 InSb-Air-InSb波導(dǎo)中的電磁感應(yīng)透明(EIT)現(xiàn)象,并利用該原理設(shè)計(jì)了多波長(zhǎng)太赫茲吸收器,且當(dāng)兩FP腔距離滿足特定條件時(shí),雙波長(zhǎng)太赫茲吸收器可以演變?yōu)閷拵掌澪掌鳌?.研究了明暗諧振腔之間的強(qiáng)耦合可以使原始共振頻率可以分裂為兩個(gè)超模共振頻率,基于此原理設(shè)計(jì)并研究了基于InSb的可調(diào)多波長(zhǎng)太赫茲吸收器。5.分別利用FP腔的級(jí)聯(lián)和FP腔的高階諧振設(shè)計(jì)了寬帶(吸收帶寬約0.2THz)太赫茲吸收器和窄帶(吸收半全帶寬約0.018THz)太赫茲吸收器。由于InSb的介電常數(shù)的溫敏特性,本文中所設(shè)計(jì)的太赫茲吸收器的吸收頻率的位置均可以通過(guò)溫度來(lái)調(diào)節(jié)。本文的研究工作在軍事領(lǐng)域、生物醫(yī)療、能源領(lǐng)域等方面有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
[Abstract]:Terahertz science and technology has developed rapidly in the last decade, and has received increasing attention from relevant researchers because of its role in biological science, medical imaging, safety and space science. Sensing and many other fields have important applications. In view of the potential application value and broad development prospects of terahertz science and technology, it has attracted the research interest of a large number of researchers from all over the world. A series of terahertz devices have been rapidly developed, such as transmitters, modulators, filters, detectors, absorbers, and so on. The continuous improvement of these devices makes the performance of terahertz systems continuously optimized. Terahertz absorbers have contributed to the further development of terahertz detectors, thermal emitters, sensors and stealth techniques at room temperature. In the past decade, terahertz absorbers based on planar supermaterials have developed rapidly. These THz absorbers exhibit many excellent properties, such as polarization insensitivity, full angle, dual wavelength, three wavelength, ultra-narrow band and broadband absorption, etc. Unfortunately, the absorption peaks of these absorbers are difficult to tune. Unless the geometric parameters are changed, it is very awkward for a device to modify its geometric size repeatedly, and these so-called metamaterials are formed from a combination of metals and media, and there are some rules in their arrangement. Sometimes it is difficult to find a metallic-dielectric supermaterial, so is there a material in nature that absorbs terahertz waves and tunable dielectric constants? In this paper, we design and study a variety of tunable THz absorbers based on semiconductor InSb terahertz band. The tunable terahertz multiwavelength absorber is designed based on the principle of electromagnetic induction transparency and the physical phenomenon that the strong coupling of the light and dark resonators leads to the splitting of the original resonance frequency. The main innovative achievements of this paper are as follows: 1. For three kinds of (metal, graphene, graphene), a tunable terahertz multiwavelength absorber is designed. Semiconductor) can support SPP wave materials are compared, and several excellent micro-nano photonic devices are designed using three kinds of materials. A single-wavelength terahertz absorber based on symmetric T type InSb array is designed. The absorption efficiency is as high as 99.3. In addition, the position of absorption frequency can be adjusted by temperature. The phenomenon of electromagnetically induced transparency in InSb-Air-InSb waveguides is analyzed, and a multi-wavelength terahertz absorber is designed using this principle. When the distance between two FP cavities satisfies certain conditions, the dual-wavelength terahertz absorber can evolve into wideband terahertz absorber .4.The strong coupling between light-dark resonators can split the original resonant frequency into two supermode resonant frequencies. The tunable multiwavelength terahertz absorber based on InSb is designed and studied based on this principle. The broadband (absorption bandwidth about 0.2 THZ) terahertz absorber and narrow band (absorption half full) are designed by using the cascade of FP cavity and the high order resonance of FP cavity, respectively. Bandwidth about 0.018 THZ) terahertz absorber. Due to the temperature sensitivity of the dielectric constant of InSb, The position of the absorption frequency of the terahertz absorber designed in this paper can be adjusted by temperature. The research work in this paper has potential application value in military field, biomedical field, energy field and so on.
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O441

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本文編號(hào)：1553687