基于電磁超材料的太赫茲功能器件研究

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1、去外成Ｊ：聲４ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣｓｃＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯ色ＹＯＦＣＨＩＮＡ碩±學位論文ＩＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳ（ｔ次．論文題目基于電磯超材料的太赫茲功能器件妍究學科專業(yè)電子科學與技術學號２０１３２１０３０６３４作者姓名劉朝陽指導教師支岐業(yè)教授ｉ獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加Ｗ標注和致謝的地方夕ｈ，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為

2、獲得電子科技大學或其它教育機構的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。《作者簽名：劉鮮的曰船鐘年６月ｉ曰論文使用授權本學位論文作者完全了解電子科技大學有關保留、使用學位論文，的規(guī)定有權保留并向國家有關部口或機構送交論文的復印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權電子科技大學可將學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可Ｗ采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編學位論文。（保密的學位論文在解密后應遵守此規(guī)定）作者簽名：劉初的導師簽名：《山或＾日期：年６月么日

3、分類號密級注1UDC學位論文基于電磁超材料的太赫茲功能器件研究（題名和副題名）劉朝陽（作者姓名）指導教師文岐業(yè)教授電子科技大學成都（姓名、職稱、單位名稱）申請學位級別碩士學科專業(yè)電子科學與技術提交論文日期2016.04.12論文答辯日期2015.05.20學位授予單位和日期電子科技大學2015年6月答辯委員會主席評閱人注1：注明《國際十進分類法UDC》的類號。TheResearchofTerahertzFunctionalDevicesBasedonElectromagneticMetamaterialsAMasterThesisSubmittedtoUniversityofEl

4、ectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ElectronicScienceandTechnologyAuthor:LiuZhaoyangSupervisor:Prof.WenQiyeSchool:SchoolofMicroelectronicsandSolid-StateElectronics摘要摘要近20年來，太赫茲技術得到飛速的發(fā)展，由原來的所謂“太赫茲空白”已經(jīng)發(fā)展為現(xiàn)在的研究熱點。太赫茲高速無線通信、探測成像、醫(yī)療診斷等應用系統(tǒng)的開發(fā)也進行到十分關鍵的階段并逐步向產(chǎn)業(yè)化方向過渡。相應地，這些應用系統(tǒng)所需要的關鍵核心器件研究就變得極為重

5、要了。眾所周知，由于太赫茲波獨特的頻段范圍，該波段的材料和器件都嚴重缺乏，這使得太赫茲系統(tǒng)的構建變得困難。在本研究中，我們著重探索了利用人工電磁超材料構建太赫茲功能器件的嘗試，以展示利用這種新型材料研制實用性太赫茲功能器件的方法和過程。超材料作為一種新的材料設計理念，有著與傳統(tǒng)材料不同的性質(zhì)，通過合理控制其介電常數(shù)與磁導率特性可以構建多種新穎器件，使之可以應用在太赫茲安全監(jiān)測、無線通信、探測成像和光譜分析等多個領域。首先，本文利用超材料設計了太赫茲吸收器，先用LC共振模型解釋吸收器的工作機理，采用仿真軟件CSTMicrowaveStudio2011設計了一款基于SRR結(jié)構的集中型吸收

6、器，頻點處吸收率達到了90%，為增加帶寬，將結(jié)構增加為雙層，吸收帶寬達到100GHz。另外，為了實現(xiàn)吸收器的可調(diào)性，引入“金屬—絕緣體”相變材料二氧化釩，利用其電導率隨溫度變化而變化的特性來改變吸收器的阻抗匹配特性。在室溫下與大于68℃的環(huán)境下，使原單層吸收器的可調(diào)幅度達到了60%。將二氧化釩用于雙層吸收器則使吸收頻帶大幅變寬，達到了190GHz。其次，本文設計并制備了基于頻率選擇表面的太赫茲帶通濾波器，用CSTMicrowaveStudio2011軟件設計了交叉型與平行型兩種類型的頻率選擇表面，通過MEMS加工工藝與射頻磁控濺射工藝制備成品，并用太赫茲時域光譜（THz-TDS）系統(tǒng)

7、加以測試，所得結(jié)果證明透射率均超過了85%，3dB帶寬均達到了48%以上。本文研究設計的兩種器件均是太赫茲應用系統(tǒng)的核心器件，一方面為構建太赫茲應用系統(tǒng)提供了器件基礎，另一方面展示了人工電磁超材料在太赫茲功能器件研制上的巨大潛力。關鍵詞：太赫茲，電磁超材料，吸收器，頻率選擇表面，二氧化釩IABSTRACTABSTRACTDuringthepast20years,terahertztechnologyhasgainedrapiddevelopment,fro