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太赫兹波段多谐振Metamaterial器件的研究与设计

作　者: 凌伟
导　师: 刘盛纲
学　校: 电子科技大学
专　业: 光学
关键词: 太赫兹多谐振 Metamaterial
分类号: O439
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

太赫兹(Terahertz, THz)波(或称THz辐射、T-射线、亚毫米波、远红外)通常指频率介于0.1THz～10THz(波长为3mm～30～μm,波数为3.3cm-1～333cm-1)范围内的电磁辐射,对应的能量范围在0.04～4kJ/mol之间。太赫兹波具有众多独特的优点,同时太赫兹源和探测器也已得到了极大的发展,但是,要使太赫兹波得到更为广泛而普遍的应用,一系列该波段无源器件的设计与实现是必要的前提,例如：太赫兹波传输过程中需要的太赫兹滤波器,调制器,开关等；近年来,一个快速发展的领域为这些器件的实现提供了新的思路,这就是Metamaterial。到目前为止,由于样品制作及测试的简易性,各国研究人员研究的较为深入的是微波段Metamaterial,近几年,由于发展太赫兹科学与技术的迫切需要,同时由于太赫兹实验技术的不断提高,人们对太赫兹波段Metamaterial也展开了较为广泛的研究；目前,虽然已经取得了一定的成果,例如单谐振太赫兹开关与调制器等,但是,太赫兹Metamaterial的研究还在深入之中,其中,从2004年至今多谐振Metamaterial结构的提出和改进,促进了太赫兹科学技术的进一步发展。对太赫兹多谐振Metamaterial结构的研究,一方面可以补充完善人们关于Metamaterial的认识,另一方面,对多谐振结构的研究设计可以为THz多通带滤波器以及多通带调制器等太赫兹波段器件的研究奠定一定的基础。本论文主要的研究内容和所得成果如下：1.本文使用等效电路模型理论方法对一种对称型双谐振Metamaterial的电磁特性进行了详细的研究与分析,得到了结构参数变化对双谐振Metamaterial器件谐振特性影响的一般规律。2.本文通过全波电磁仿真研究,设计得到对称双谐振Metamaterial结构(SDM)、非对称双谐振Metamaterial结构(ADM)、对称三谐振Metamaterial结构(STM)以及非对称三谐振Metamaterial结构(ATM)四种工作于太赫兹频段的平面型电响应多谐振Metamaterial结构器件。3.本文在双谐振和三谐振Metamaterial结构器件分析研究的基础上,设计得到平面型太赫兹电响应四谐振Metamaterial结构器件。同时,对一种互补型双谐振Metamaterial结构进行了分析对比研究。4.本文对太赫兹频段多谐振Metamaterial结构器件的制作工艺流程方法进行了实验研究与探索,并对加工制作中遇到的各类问题与解决方法进行了分析研究；在此基础上,成功加工制作出对称双谐振Metamaterial结构(SDM)、非对称双谐振Metamaterial结构(ADM)、对称三谐振Metamaterial结构(STM)以及非对称三谐振Metamaterial结构(ATM)四种工作于太赫兹频段的平面型电响应多谐振Metamaterial结构器件。5.本文使用电子科技大学太赫兹研究中心太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)对所加工制作的四种多谐振Metamaterial样品进行了测试与数据处理,所得结果与电磁仿真研究结果符合较好,证实了所加工制作Metamaterial结构的精确性以及所采用的制作方法和工艺参数的可靠性。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-16
  1.1 引言  10
  1.2 太赫兹波的产生与探测技术  10-11
    1.2.1 太赫兹波产生的方法  11
    1.2.2 太赫兹波探测的方法  11
  1.3 太赫兹时域光谱技术  11-12
  1.4 Metamaterial的研究现状与进展  12-14
  1.5 本论文的研究目的及内容  14-16
第二章 Metamaterial的电磁特性  16-27
  2.1 Metamaterial的基本概念  16-17
  2.2 Metamaterial的电磁特性  17-21
    2.2.1 左手螺旋关系  17-18
    2.2.2 逆Snell定律  18-20
    2.2.3 逆Cerenkov辐射效应  20-21
  2.3 Metamaterial的构造基础  21-26
    2.3.1 等效负介电常数的产生方法  21-23
    2.3.2 等效负磁导率的产生方法  23-26
  2.4 本章小结  26-27
第三章 Metamaterial的理论研究  27-35
  3.1 Metamaterial的等效电路理论研究  27-31
  3.2 Metamaterial的等效本构参数提取理论研究  31-33
  3.3 本章小结  33-35
第四章太赫兹多谐振Metamaterial结构的研究与设计  35-60
  4.1 多谐振Metamaterial的研究  35-36
  4.2 对称双谐振Metamaterial单元结构的研究  36-41
  4.3 非对称双谐振Metamaterial单元结构的研究  41-44
  4.4 对称三谐振Metamaterial单元结构的研究  44-51
  4.5 非对称三谐振Metamaterial单元结构的研究  51-53
  4.6 对称四谐振Metamaterial单元结构的研究  53-57
  4.7 互补型多谐振Metamaterial单元结构的研究  57-58
  4.8 本章小结  58-60
第五章太赫兹多谐振Metamaterial结构的制作及测试  60-77
  5.1 太赫兹波段Metamaterial样品的制备  60-63
    5.1.1 掩模版图的设计  60-62
    5.1.2 Metamaterial样品的制作工艺流程  62-63
  5.2 太赫兹多谐振Metamaterial结构的制作  63-69
  5.3 太赫兹多谐振Metamaterial结构的测试  69-76
    5.3.1 对称双谐振Metamaterial结构的测试  71-72
    5.3.2 非对称双谐振Metamaterial结构的测试  72-73
    5.3.3 对称三谐振Metamaterial结构的测试  73-75
    5.3.4 非对称三谐振Metamaterial结构的测试  75-76
  5.4 本章小结  76-77
第六章总结  77-79
致谢  79-80
参考文献  80-84
攻硕期间取得的研究成果  84

太赫兹波段多谐振Metamaterial器件的研究与设计

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