基于SrTiO_3的频率可调谐太赫兹超材料吸波器（英文）

基于温度敏感材料钛酸锶(SrTiO3)提出了两款频率可调谐太赫兹(THz)超材料(MM)吸波器。由于SrTiO3材料的复值介电常数与外界温度相关,因此基于SrTiO3材料的太赫兹超材料吸波器的谐振频率可随外界温度变化。一款是基于十字金属谐振结构和SrTiO3介质层实现的,在200～400 K的温度范围内,其谐振频率可在1.62～2.44 THz的宽频带范围内实现主动调谐。另一款超材料吸波器通过在十字环金属谐振结构内填充SrTiO3材料来实现,而中间介电层仍然采用常见的聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料。当外部温度从200 K变为400 K时,谐振频率从1.11 THz移至1.58 THz,频率偏移达到了470 GHz,实现了频率可调的太赫兹超材料吸波器。可调谐超材料吸波器的实现可进一步扩展超材料吸波器的应用领域,从而更好地适应如太赫兹成像、太赫兹检测、传感和隐身等各种应用。     

基于液晶的太赫兹反射式波束扫描天线

提出了一种基于液晶的太赫兹电控反射式移相器及其构成的波束扫描阵列天线。通过采用液晶调控的开槽结构移相器,解决了液晶调控过程中谐振层覆盖面不足造成的液晶取向不均、边缘效应和饱和电压增大等问题。设计了工作在380 GHz三开槽的移相器,对谐振频点的表面电流分布和谐振频点进行了仿真分析。数值计算结果表明当液晶相对介电常数在2.47~3.26范围内变化,377~392 GHz频率范围内移相器能够实现360°的相移。采用三开槽结构反射相移单元,设计了工作于380 GHz的电控波束扫描阵列天线,实现了30°范围内的一维波束扫描,主瓣增益大于20 dBi。     

基于谐振环的太赫兹吸波体等效电路研究

以常规开口环谐振器(Split ring resonator,SRR)结构的"超材料"太赫兹吸波体为例,首先用CST Microwave Studio软件对吸波体的吸波特性进行仿真。然后,根据横电(TE)模和横磁(TM)模入射时表面电流分布情况,分别建立了超材料太赫兹吸波体对两种入射模式的等效电路模型。最后,从理论上对等效电路模型进行了验证,并利用等效电路模型研究了吸波体结构参数对其吸收峰位置的影响规律。提出的等效电路模型对于"超材料"太赫兹吸波体的结构设计与性能分析具有十分重要的指导和参考价值。     

太赫兹波超材料吸波体的特性分析

超材料吸波体通常是由一些在介质基底表面上周期分布的亚波长开口环谐振器（SRRs）组成,它们的吸收率在很大程度上取决于顶层SRRs的结构细节及介质的材料性质。利用时域有限积分法（FITD）对太赫兹波的超材料吸波体进行传输特性研究,分析了PI介质厚度、单元尺寸、开口环谐振器宽度、顶层silicon的电导率和PI介质的介电常数对太赫兹波超材料吸波体吸收峰位置和吸收率大小的影响。此超材料吸波体的特性研究对太赫兹波调制器、滤波器、吸收器及偏振器等器件设计和制备具有一定的指导意义。     

可调谐太赫兹超材料吸波器研究进展

太赫兹超材料吸波器具有吸收强、厚度薄、质量轻等优点,已被广泛应用于隐身材料、频率选择表面、太赫兹成像、通信传感等方面。但是,基于金属结构的传统太赫兹超材料吸波器一旦完成加工后,它的吸收性能是固定不变的。为解决这一问题,研究人员通过引入活性超材料设计了可调谐太赫兹超材料吸波器。结合可调谐太赫兹超材料吸波器的国内外研究现状,分类阐述了几类典型的可调谐太赫兹超材料吸波器,重点对单频带、多频带、宽频带以及可切换双功能太赫兹超材料吸波器的相关研究工作进行了梳理与总结,并对其未来发展趋势进行了分析。     

基于石墨烯超材料的宽频带可调太赫兹吸波体

基于二维材料石墨烯,设计了一款宽频带可调谐超材料太赫兹吸波体。该吸波体由三层结构组成,顶层为石墨烯超材料,中间层为二氧化硅,底层为金属薄膜。仿真结果表明,当石墨烯的费米能级为0.7 eV时,该吸波体在1.11~2.61 THz频率范围内吸收率超过90%,相对吸收带宽为80.6%。当石墨烯的费米能级从0 eV增大到0.7 eV时,该吸波体器件的峰值吸收率可以从20.32%增大到98.56%。此外,该吸波体器件还具有极化不敏感和广角吸收的特性。因此,它在太赫兹波段的热成像、热探测、隐身技术等领域具有潜在的应用价值。     

太赫兹及红外吸波超材料研究进展

随着超材料研究的不断发展,基于超材料结构设计的一系列太赫兹及红外吸波体引起了国内外广泛关注。由于具有高效的吸波性能,太赫兹及红外吸波超材料在现代隐身技术、节能、绝热、生物化学光谱、红外成像、传感和安检等领域具有广泛的应用前景。通过紧密跟踪国内外太赫兹及红外吸波超材料的最新研究进展,讨论总结了太赫兹及红外吸波超材料的吸波机理。由于材料依靠增强电场强度来实现对电磁波的吸收往往比靠材料本身的损耗吸收电磁波有更高的效率,与传统吸波材料的工作原理不同,超材料在太赫兹及红外波段主要依靠亚波长单元结构的设计,降低其等离子体频率,从而实现表面等离激元场增强效应(SPPs)。基于此,总结归纳了太赫兹及红外吸波超材料研究中3种有效降低等离子频率的方法,分别为金属表面的周期性结构设计、半导体材料的掺杂和新型碳纳米材料的引入,更加清晰地阐明了表面等离激元场增强效应实现方式。同时,对太赫兹及红外吸波超材料今后的发展给出了自己的认识。     

基于超材料的太赫兹波吸波材料

超材料是一种人工设计的具有周期单元阵列结构的电磁材料,具有超常物理特性。基于超材料的太赫兹吸波材料在太赫兹技术领域有许多潜在的应用。简述了超材料吸波材料的理论基础,综述了国内外在单频、双频、多频带和宽带太赫兹超材料吸波材料领域的研究进展,并展望了太赫兹吸波材料研究的未来发展方向和趋势。     

从远场到近场：太赫兹超表面波前调控

太赫兹是电磁波研究中的前沿热点之一，在通信、雷达、生物化学检测等方面有巨大的应用前景。人工电磁材料，特别是超表面的出现和发展，为太赫兹的高效波前控制提供了新的思路和方法。从太赫兹电磁场空间分布的角度出发，阐述了目前超表面在太赫兹波段波前调控的相关工作和方法，对比和讨论了太赫兹远场和近场波前调控的多类应用场景和调控方法，对太赫兹超表面波前调控的发展前景进行了展望，为研究太赫兹波前调控提供了新思路。     

太赫兹可编程超材料的研究进展和在单像素成像中的应用

人工电磁超材料展现了强大的电磁波调控能力. 随着可编程超材料的提出,超材料向数字化、智能化的方向不断发展. 本文首先回顾了太赫兹可编程超材料的研究进展,重点讨论基于半导体、液晶等可调材料的太赫兹可编程超材料的设计方法、调控原理及应用. 然后,介绍了太赫兹可编程超材料在单像素成像中的应用,即利用电控和光控可编程超材料实现太赫兹光的空间编码调制,结合压缩感知等成像算法,实现太赫兹单像素成像. 最后,对太赫兹可编程超材料的发展趋势和应用前景进行了展望.     

基于石墨烯的可调谐高吸收率太赫兹超材料

提出一种基于石墨烯的双波段太赫兹超材料吸收体,它由金属-电介质-石墨烯3层超材料结构单元在水平方向上进行周期性拓展而成。仿真结果显示,其在太赫兹波段6.62 THz和 9.36 THz分别产生99.9%和98.9%的高吸收率;通过改变石墨烯的费米能级,可以灵活地控制吸收体的谐振频率和吸收强度,而吸收体的吸收强度也可以利用石墨烯的弛豫时间进行单独控制。另外,研究了吸收体中间介质层厚度和介质损耗对吸收率的影响,这为吸收体初始加工工艺参数的确定提供了依据。研究结果表明,提出的基于石墨烯的太赫兹超材料吸收体结构简单,易于加工,可通过偏置电压或者化学掺杂,简单地实现吸收体的可调谐性,为双波段高吸收率太赫兹超材料吸收体的设计提供了重要参考。     

Polarization-independent Metamaterial Absorber for Terahertz Frequency

We present the design, fabrication, as well as the characterization of the large incident angle and polarization independent terahertz (THz) metamaterial absorber. The designed absorber consists of metallic cross structure and a metallic ground plane separated with a dielectric as a spacer, this structure shows a strong resonance at terahertz frequency. The influences of the structural parameters (including period, cross width and spacer thickness) on the absorption are discussed. An optimized structure is fabricated and characterized, and a good agreement between simulation and experimental result is obtained. The metamaterial absorbers are potential candidates as absorbing elements for terahertz imaging and other fields of terahertz technology.     

Terahertz Metamaterial Modulator Based on Vanadium Dioxide

We present a design of terahertz modulator based on metamaterial absorber structure withvanadium dioxide (VO2), which can be controlled by optical-pumping or temperature variation. With the state change of VO2 from an insulator to a metal, the absorption has an abrupt increase from zero to 88.5%. In particular, the VO2 layer here is used to not only provide the modulating character, but also replace the metal ground plane to join the resonance operating as a metamaterial absorber. This work demonstrates a feasibility of VO2 in metamaterial perfect absorber, and exhibits potential applications in controllable terahertz devices.     

基于一步转移石墨烯超材料吸收器的抗生素类药物浓度表征

由于现有抗生素浓度检测方法中都需要加入其他试 剂,容易对实验造成干扰,影 响测定结果的可信度。因此,提出了一种基于一步转移石墨烯超材料吸收器对不同浓度 的抗生素进行表征。通过在超材料吸收器上转移一层单层化学气相沉积的石墨烯后,石墨烯 －超材料吸收器异质结构对于表面添加的物质非常敏感。实验结果表明,在太赫兹频段内, 利用石墨烯－超材料吸收器异质结构对不同浓度的抗生素进行检测会引起石墨烯－超材料 吸收器异质结构谐振峰不同程度的蓝移,通过谐振峰蓝移与浓度的关系可以实现不同类型, 不同浓度抗生素的表征。     

A thermally tunable terahertz metamaterial absorber

A thermally tunable terahertz metamaterial absorber (MA) with InSb embedded in a metal-dielectric-metal structure is proposed. The transmission and tuning properties of the proposed metamaterial absorber are analyzed for the temperature ranging from 160 K to 350 K. The simulated results show that the maximum absorption of the absorber is nearly 99.8% at a full-width at half-maximum (FWHM) of 38 GHz, and the absorption frequency can be dynamically tuned from 0.82 THz to 1.02 THz.     

宽频太赫兹异向介质吸收器研究

利用异向介质吸收器的传输线模型及CST仿真软件对其太赫兹波段的宽频吸收特性进行了研究。结果表明：异向介质吸收器对太赫兹电磁波的吸收主要来源于开口环共振单元(SRR)的LC共振。提出了两种使异向介质吸收器获得宽频太赫兹吸收的方法：一是增加LC共振中的等效电阻R,能有效扩展吸收带宽到100GHz以上;二是通过优化具有双吸收...     

基于石墨烯超材料的三频段可调谐完美吸收器

为进一步降低太赫兹频率下高性能调控器件的结构复杂度,提出一种三频段可调谐超材料完美吸收器. 该吸收器由图案化的石墨烯层和经Si介质层隔开的Au接地平面组成,利用太赫兹下的石墨烯表面等离子体共振以及图案化石墨烯与电场耦合提供的电偶极子共振形成多个吸收峰. 数值仿真结果表明,在0.489 THz、1.492 THz和2.437 THz处实现了对入射波的共振吸收,各峰值处的幅值均大于99.9%. 由于吸收峰处的幅值可以通过外部施加的偏置电压改变石墨烯的费米能级进行控制,因而所提出的吸收器结构的工作状态可在反射器和吸收器之间灵活切换. 同时,通过对吸收器单元结构的对称设计实现了对极化角度的不敏感特性,且在宽入射角范围内仍能保持良好的吸收性能. 因此,所设计的基于石墨烯的太赫兹超材料功能器件在调制和传感方面具有巨大的潜力.     

十字架型超材料吸波特性及机理研究

设计了一种十字架型电磁超材料吸波体,采用CST studio suite 2009 频域求解器提取S 参数进行仿真研究,并计算了其吸波率,在24.65 THz 和35.25 THz 得到两个吸收峰,吸收率分别为0.83 和0.997。改变材料结构尺寸,在7.3 THz 达到完美吸收,吸收率接近于1。将THz 波段的超材料吸波体结构尺寸放大1000 倍,在GHz 波段同样可以达到完美吸收,说明超材料吸波体可通过对结构尺寸调节改变吸收波段。另外研究了这种吸波体的吸收机理,发现吸收主要在第一层的十字架金属单元层,可用于Bolometer 探测器的设计。     

Tunable Frequency Selective Surfaces and Negative-Zero-Positive Index Metamaterials Based on Liquid Crystals

We utilize the properties of aligned nematic liquid crystal (LC) cells in the design of: (i) a new type of metamaterial whose index of refraction is tunable from negative, through zero, to positive values and (ii) micron-scale metallodielectric and all-dielectric tunable frequency selective surfaces (FSSs). The metamaterial is constructed by randomly doping a liquid crystal substrate with coated dielectric (non-magnetic) spheres and can be utilized over a large spectral range. FSSs with a liquid crystal superstrate are synthesized using conventional and genetic algorithm methods to exhibit broadband tunable filter characteristics at mid-infrared (mid-IR) wavelengths. These LC tunable FSS structures can be used to develop a new class of infrared/optical switches for terahertz applications.     

可用于农药传感的多带太赫兹超材料吸收器

多带太赫兹超材料吸收器是响应、操纵和调制太赫兹波的重要光子元件。本文基于周期性分裂环谐振器结构构建了一种多带太赫兹超材料吸收器。模拟和实验测试显示,在横磁(TM)极化情况下该超材料吸收器对0.918 THz和1.581 THz处的入射太赫兹波呈现出近似完美吸收。进一步,基于器件共振吸收峰的介电敏感特性,研究了负载不同浓度的多菌灵、三环唑、百草枯、塞苯隆4种农药溶液后超材料吸收器的传感性能,获得器件对4种农药的检测灵敏度分别为：1.06 GHz/ppm、0.65 GHz/ppm、0.67 GHz/ppm、2.07 GHz/ppm。结果表明该器件可实现对微量农药的传感检测,为今后食品质量安全控制提供了新的思路。