太赫兹器件用新型复合多层金刚石材料的研究

微波器件频率进入太赫兹,输能窗的厚度减小至一百甚至几十微米。常规的介质材料,或者多晶金刚石材料已经难以满足强度和真空密封性能的要求。为此设计并研制出一种新型微/超纳米复合多层金刚石膜。该膜采用微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD),通过反应气源和沉积参数的改变,实现在硅衬底上依次原位生长微米尺度和超纳米尺度的金刚石膜。研制的复合多层金刚石膜表面粗糙度Ra<0.5μm,生长面的断裂强度高达1550MPa,是普通多晶金刚石膜的三倍。用该膜封接的输能窗目前已经通过真空密封性测试,将首次应用于太赫兹真空器件。     

金刚石在太赫兹电真空器件中的应用

金刚石材料具有低的介电常数、小的微波损耗、良好的导热性能,成为太赫兹电真空器件发展过程中非常有研究价值和应用价值的材料。它可以作为输能窗的介质窗片和高频结构的介质支撑材料。本文介绍了微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)金刚石材料在太赫兹电真空器件中的具体应用实例,以及在W波段行波管中的实际应用情况,包括MPCVD金刚石的制备过程,及其与金属材料的封接工艺。研制出的W波段金刚石窗冷测结果显示其在75 GHz-110 GHz频段内性能良好:驻波系数(VSWR)≤1.5,传输损耗≤0.5 dB。这种窗已经成功用于W波段折叠波导连续波与脉冲行波管中。     

太赫兹行波管倍频器用金刚石输能窗研究

本文主要研究一种太赫兹行波管倍频器的输能系统,采用双频分路输能窗方案,分别对W波段基波和太赫兹谐波盒型窗进行了设计.利用MPCVD设备研制了RF级金刚石窗片材料,并对窗片的制备、金属化及窗的封接工艺进行了研究.研制出了基波系统金刚石窗,测试结果显示,在28 GHz频带内电压驻波比小于1.3,传输损耗小于0.5dB,已在W波段行波管中得到了实际应用;谐波输能窗已完成了设计.     

太赫兹波在谐振环多层超材料传输特性的研究

利用时域有限积分法研究了太赫兹波在谐振环多层超材料的传输特性。结果表明,对于尺寸相同的谐振环构成多层超材料,超材料从1层变化到5层时,在共振频率0.80 THz处,谐振谷值从-17 dB～-44 dB,共振明显比单层强很多。对于不同尺寸谐振环构成多层超材料,共振频谱带宽明显增强,半高全宽从0.08 THz变化到0.26 THz。结果表明,多层超材料具有比单层更好的太赫兹波特性,这些传输特性为太赫兹波滤波器、吸收器及偏振器等器件设计具有重要价值。     

太赫兹行波管输能窗用复合金刚石膜的设计

为解决现有多晶金刚石用于太赫兹(THz)真空电子器件输能窗存在慢性漏气风险的技术难题,介绍了一种高断裂强度、良好真空密封性能、低微波损耗的新型超薄复合多层金刚石膜的研制方法。该复合超薄金刚石膜采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术,通过合理的结构设计和优化工艺,实现微米晶金刚石(MCD)和超纳米晶金刚石(UNCD)交替沉积的三明治结构。测量100 μm厚不同结构的复合膜断裂强度,是同样厚度的MCD的2~3倍。将研制的复合多层金刚石膜用于180 GHz和220 GHz 太赫兹行波管输能窗,通过气密性检测,漏率≤1×10-10 Pa?m3/s。窗的冷测结果显示,180 GHz窗的S11≤-15 dB(10 GHz带宽),220 GHz窗的S11≤-10 dB(20 GHz带宽),均具有良好的射频(RF)性能,满足使用要求。为太赫兹行波管输能窗的研制提供了一种成本低、可靠性高的超薄金刚石膜的技术途径。     

多层介质型太赫兹菲涅尔天线研究

基于菲涅尔波带片透镜的设计原理,设计了三款多层介质结构的菲涅尔波带片天线.该天线采用高增益的波纹喇叭天线提供馈电,工作频段为太赫兹通信第一大气窗口320～380GHz,回波损耗低于-15 dB,增益大于25 dBi.研究了菲涅尔波带片天线的周期数和子区数对天线性能的影响,结果表明随着周期和子区数的增加,增益也会不断的提高,而当波带片直径和喇叭口径面积相比拟时,电磁波损耗较大,并且谐振频率在太赫兹大气窗口内右移.     

基于多层结构的偏振不敏感超材料太赫兹宽带吸收器

为了解决宽带吸收器结构设计复杂的问题,提出了 一种结构简单、偏振不敏感、吸收性能优良的超材料太赫兹宽带吸收器.该吸收器采用对称结构设计,以金属层-介质层-金属层的三层架构为基础.其中,介质层中嵌入了两个不同尺寸的圆形金属片,从而形成多层结构.采用频域有限元法(Frequency Domain Finite Elemen...     

近太赫兹频段线性注真空器件的研究

介绍了太赫兹频段真空电子器件的研究和开发进展,包括慢波结构理论、设计、模拟及优化,微加工和微组装技术,整管技术等。这些器件包括行波管、返波管、斜注管、止带振荡器及行波管谐波放大器等,高频结构以折叠波导慢波结构为主,在太赫兹返波管中则利用叶片加载波导慢波结构。器件技术包括微机电系统(MEMS)技术,微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)金刚石生长、金属化和封接技术等。最后给出W波段、G波段以及340 GHz部件和器件所达到的性能。     

复合石墨烯/硅半球的宽带太赫兹超材料吸收器

提出了一种性能可调的宽带、极化与入射角不敏感的超材料太赫兹吸收器,该吸收器自上而下分为四层结构,分别是:硅半椭球/半球体复合结构、连续石墨烯层、PDMS介质层和金属背板。通过在TE波垂直入射条件下仿真,在已知结果基础上,对不同石墨烯化学势和不同结构条件下的电场结果分析表明,在硅半椭球/半球体亚波长复合结构所形成的连续、多模法布里-珀罗共振,以及由石墨烯所激发的多个离散的等离子体共振的协同作用下,其吸收光谱得到平滑和扩展,使该结构可实现吸收率宽范围可调,以及接近100%吸收率的宽频带吸收特性。特别的,当石墨烯化学势分别为0.2与0.9 eV时,其分别可获得约5.7 THz与7 THz的宽带太赫兹波吸收（吸收率超过90％）,且其最大吸收率接近完美吸收（约99.8％）。此外,该结构还具有360°极化不敏感和高于60°的入射角不敏感等优异特性,在以上角度范围内,吸收器吸收率仍可保持到90%以上。在太赫兹波探测、光谱成像以及隐身技术等方面具有潜在的应用前景。     

太赫兹液晶器件的研究进展

基于液晶技术的太赫兹器件的研究开发已经成为该领域研究的重要方向之一。介绍了太赫兹器件的应用背景和太赫兹液晶器件的基本知识,并重点介绍了液晶在太赫兹频域的光电性质和材料特性,指出了若干有潜在可行性的液晶材料。在此基础之上对太赫兹液晶移相器、太赫兹可调液晶滤波器、太赫兹可调偏振器等液晶器件的设计原理和目前的研究结果进行了分析。最后,对太赫兹液晶器件的产品应用开发进行了总结分析,提出了此类元器件的研究开发方向。     

金刚石薄膜的形成及其场发射特性研究

研究了金刚石聚晶碳膜的生长过程,以及不同生长阶段碳膜的场发射性能。通过磁控溅射法在陶瓷上镀一层金属钛作为制备碳膜的衬底,将衬底放入微波等离子体化学气相沉积腔中,经过不同的沉积时间制备出一系列的碳膜。利用SEM、Raman光谱仪、X射线衍射仪等仪器,对碳膜进行了形貌与成分分析,最后利用二极结构场发射装置,测试了碳膜的场发射性能。着重讨论了金刚石聚晶碳膜生长过程中的变化,并且对金刚石聚晶碳膜的场发射机理进行了深入研究。     

一种斜入射多膜窄带滤光片透射特性分析

垂直入射的多膜窄带滤光片两偏振态的透射特性是相同的,而对于斜入射的多膜窄带滤光片,其两种偏振态的透射特性发生分离.本文对于所设计的155层三腔薄膜窄带滤光片,分为(无吸收)垂直入射、(无吸收)有角度(11.5°)入射、(有吸收)有角度(11.5°)入射三种情况的透射率随波长变化关系进行了分析.模拟图形结果显示了透射特性的变化趋势.