太赫兹器件电磁特性研究

【摘要】：太赫兹技术因其在很多前沿领域都具有潜在的应用前景而备受瞩目。虽然现在太赫兹波源的产生与探测技术已经取得了巨大的进展,但由于缺乏太赫兹器件的支持,太赫兹技术实际应用的进展缓慢。近年来,超材料的出现解决了自然界中缺乏对太赫兹波响应的材料问题,而且随着微结构制备工艺的快速发展,制备基于超材料的太赫兹器件也已经成为了可能。所以,基于超材料的太赫兹器件的研究极具现实意义与学术价值。本文分别基于金属和黑磷的超材料设计极化器、吸波器等太赫兹器件,通过仿真结果分析所设计器件的电磁特性,并结合电流分析、干涉相消等理论揭示各器件的物理机理。主要内容如下:(1)基于金属的超材料结构,设计了两款高效的反射型超宽带太赫兹线-圆极化转换器。第一款是基于双开口谐振方环结构的极化器,其在0.60-1.41THz频段范围内将线极化波转换为圆极化波,相对带宽达到80.6%,极化转换效率高于88%。此外,该极化器在宽入射角范围内仍能保持良好的极化转换性能。根据入射波两个正交分量的反射情况,分析了该极化器的线-圆极化转换特性。结合金属超材料表面与地板上的电流分布,阐明了该极化器极化转换的物理机理。类似地,另一款是基于双开口#型结构的极化器,其在0.70-1.66THz频段范围内将线极化波转换为圆极化波,相对带宽达到81%。(2)基于二维黑磷的超材料多层结构,设计了一款超宽带线-圆极化转换器。该极化器在12.82-23.28THz频段范围内将线极化波转换为圆极化波,相对带宽达到58%。主要研究了入射波的极化方向、黑磷材料褶皱脊的排列方向、不同的弛豫率以及黑磷层的层数对该极化器极化转换性能的影响,并根据入射波两个正交分量的反射情况,研究了该极化器的线-圆极化转换特性。(3)基于二维黑磷的三明治超材料结构,设计了一款工作于太赫兹波段的吸波器。该吸波器结构包含介质-黑磷纳米带-介质的类三明治结构和金全反射镜,金全反射镜阻止了电磁波的透射,并和类三明治结构形成了法布里-珀罗谐振,加强了吸波器与电磁波的相互作用。仿真结果表明,该吸波器的吸收率与类三明治结构中的黑磷层数有关。此外,还研究了类三明治结构中黑磷超材料的电磁响应,并利用干涉理论分析了该吸波器的吸波机理。

【学位授予单位】：桂林电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34;O441