太赫兹多谐振环偶极子超表面中的类EIT效应

设计了一种在太赫兹波段下的四谐振环偶极子超表面结构,超表面的单元结构由一对反向的非对称开口谐振环(ASRR)及基底介质组成。在其谐振谱中观察到1个典型的类电磁诱导透明(EIT)现象。利用法诺(Fano)谐振模型对这种电磁诱导透明谐振谱进行拟合,良好的拟合结果揭示了不同谐振模式之间的耦合作用。此外,研究发现谐振的电磁特性对金属谐振环的开口间距非常敏感,开口间距的改变带来了谐振的频移和Q值的变化。该多谐振环偶极子超表面不仅为实现EIT效应提供了有效途径,而且有利于开发更多的太赫兹功能器件。     

应用于THz波的非对称双开口环传输特性研究

设计并制备了一种适用于太赫兹波段的非对称双开口环结构,数值仿真和实验测量了其传输性质.结果表明,垂直极化时样品在低频的0.540 THz和0.925 THz处存在谐振点,来源于左右两开口环的LC谐振,电流和电场分布主要集中在两开口环的开口处;而在高频处(1.885THz)谐振点的表面电流具有相反的两个环流方向,电流和电场分布于整个样品表面,此处的谐振来源于两开口环耦合后的偶极子谐振.当太赫兹波平行极化该样品时,原来两个低频的LC谐振消失.实验测量结果与数值仿真具有很好的一致性.此结构超材料的传输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.     

光调制超材料及其传感应用

研究了一种太赫兹光调制超材料传感器。该器件由金属-半导体复合结构（开口谐振环（SRR））和柔性聚酰亚胺衬底组成。光敏硅材料填充在器件上方的两个开口处。模拟结果表明,通过改变外激励泵浦光的功率,光敏硅的电导率发生改变,从而实现对复合超材料结构谐振峰的调制。进一步分析该结构在谐振频率下的电场和表面电流密度分布情况,讨论了其物理机制。此外,随着待测溶液（氯化钙）浓度变化,传感器谐振峰发生红移,其灵敏度为11.4 GHz/M。该器件可作为太赫兹波段液体传感器使用。     

光调制超材料及其传感应用（英文）

研究了一种太赫兹光调制超材料传感器。该器件由金属-半导体复合结构(开口谐振环(SRR))和柔性聚酰亚胺衬底组成。光敏硅材料填充在器件上方的两个开口处。模拟结果表明,通过改变外激励泵浦光的功率,光敏硅的电导率发生改变,从而实现对复合超材料结构谐振峰的调制。进一步分析该结构在谐振频率下的电场和表面电流密度分布情况,讨论了其物理机制。此外,随着待测溶液(氯化钙)浓度变化,传感器谐振峰发生红移,其灵敏度为11.4 GHz/M。该器件可作为太赫兹波段液体传感器使用。     

基于MIM亚波长结构的微环谐振器性质研究

文中设计了一种基于MIM结构的亚波长表面等离子体激元微环谐振器,利用时域有限差分(FDTD)方法分析了其滤波特性,并且针对1.31谐振输出波长处对谐振器进行了性能分析。结果表明这种亚波长结构的微环谐振器与现有的传统介质谐振环器件相比具有很大的优势,更加有利于集成光路的应用。     

基于MIM亚波长结构的微环谐振器性质研究

文中设计了一种基于MIM结构的亚波长表面等离子体激元微环谐振器,利用时域有限差分（FDTD）方法分析了其滤波特性,并且针对1．31谐振输出波长处对谐振器进行了性能分析。结果表明这种亚波长结构的微环谐振器与现有的传统介质谐振环器件相比具有很大的优势,更加有利于集成光路的应用。     

基于环偶极子共振的高Q值超材料传感器

提出了一种结构简单且可激发环偶极子共振的全介质超材料，该超材料具有高品质因子（Q）和高灵敏（FOM）值。基于环偶极子共振电流密度和电场分布，分析了超材料能够激发环偶极子的内在物理机制。经模拟计算发现，全介质超材料的Q值和FOM值可分别达到14000以上和672.7/RIU左右。基于谐振子耦合模型和共振波长处的电场分布，分析了超材料全介质开口环间距和探测物厚度对其Q值和环偶极子共振波长的影响机理。该研究可以为设计制备应用于生物、化学探测的高质量环偶极子共振超材料传感器提供理论基础。     

基于开口谐振环的多频太赫兹透射特性研究

通过在双层金属开圆孔阵列并嵌入对称开口谐振环结构,设计了一种新型金属-介质-金属透射增强结构.用电磁仿真软件对该结构的透射特性进行模拟,研究了单元结构的几何参数对透射峰的影响.结果表明:增加开口谐振环可以有效增加透射峰数量,实现了0.2～1.1 THz内的多频超强透射.根据透射峰处金属表面的场分布,透射峰与磁谐振、局域型表面等离子体、传播型表面等离子体、法布里-珀罗谐振及他们之间的杂化耦合有关.结果对深入研究超强透射特性及透射机理具有一定的指导意义,也为太赫兹微波器件设计和性能分析提供了重要参考.     

Design of a Silicon Beam Resonator for a Novel Gas Sensor

研究了一种基于硅悬臂梁谐振器的新型气体传感器.该传感器在敏感环境中,可同时获得敏感膜电导率和质量变化,测量被测气体分子的荷质比,具有高灵敏度和高选择性.根据这一原理,针对气体传感器的需求,设计了硅悬臂梁谐振器化学传感器结构,进行了仿真优化,并采用MEMS表面牺牲层工艺制备该器件,激光频率仪测量验证了该微型谐振梁的谐振频率.     

基于硅悬臂梁谐振器的新型气体传感器

研究了一种基于硅悬臂梁谐振器的新型气体传感器.该传感器在敏感环境中,可同时获得敏感膜电导率和质量变化,测量被测气体分子的荷质比,具有高灵敏度和高选择性.根据这一原理,针对气体传感器的需求,设计了硅悬臂梁谐振器化学传感器结构,进行了仿真优化,并采用MEMS表面牺牲层工艺制备该器件,激光频率仪测量验证了该微型谐振梁的谐振频率.     

用于传感的聚合物微谐振环的研制

对一种用于传感的聚合物微谐振环进行了研制.器件为多模耦合器结构,作为微谐振环的输入/输出耦合结构.微谐振环采用跑道形结构.首先分析了器件的原理,给出了器件的优化设计参数.采用紫外光敏材料SU-8和CYTOP作为波导芯层和下包层材料,制作了上述结构的微谐振环器件,并进行了测试.扫描电镜的结果显示,所制备器件的整体形貌比较清晰,波导结构均匀光滑,侧壁陡直度较高.采用截断法测得单模直波导的传输损耗约为2.2 dBcm.对多模耦合器(MMI)结构和弯曲波导的测试表明,MMI结构在较宽的波长范围内实现了接近50:50的功分比,且损耗较低,而纯弯曲波导结构的通光性能良好.测量得到的器件谐振输出光谱表明,器件在主谐振峰处的插入损耗约为38dB,自由光谱区(FSR)约为1.87nm.过数据处理分析得到弯曲波导的传输损耗约为5.2 dB/cm.提出了进一步降低器件损耗、改善器件性能的措施.     

金属开口谐振环结构的太赫兹波吸收特性

太赫兹调制器、滤波器、吸收器是太赫兹波应用领域的关键器件,而金属开口谐振环是这些器件的常用结构。通过仿真及实验的手段,系统地比较了不同亚波长金属开口谐振环结构的太赫兹波吸收特性。设计并制备两种不同形式的亚波长金属谐振环,利用时域有限差分（FDTD）的模拟方法与光泵浦太赫兹探测（OPTP）的实验方法,分析了电磁波入射谐振环时,TM与TE模式下的太赫兹透射特性。发现在TM模式下,吸收峰峰值均反比于谐振环的等效电容值与等效电感值。而在TE模式下,由于偶极子振荡长度相同导致了两种谐振环吸收峰峰值相近。此外,改变外部光激励条件时实验结果表明TM模式下,单开口环比双开口环对光激励更敏感:泵浦光功率为5 mW相比无泵浦光时,单开口环透射率增加了80%,而双开口环透射率仅增加了43%。     

基于双开口环型的太赫兹超材料传感器设计

设计了一款可用于检测材料折射率及厚度的双开口环型太赫兹超材料传感器,其结构由双开口方环与圆环嵌套的超材料结构和聚酰亚胺衬底两部分构成.当太赫兹波垂直入射超材料表面时,该传感器结构在0.8～1.8 THz范围内形成三个高Q值谐振峰(中心频率分别为f1,f2和f3).通过探讨超材料结构表面电流分布与三个谐振峰形成的关系,观察到超材料结构对入射太赫兹波的不同响应特性导致产生不同的表面电流分布.此外,还对该传感器在折射率传感和厚度传感方面的应用进行了探究.在待测物厚度一定的情况下,该传感器在谐振频率f1,f2和f3处的传感灵敏度分别可达170,103和119 GHz/RIU,均具有优越的传感特性,可利用其多谐振峰进行高灵敏度折射率传感.这种高灵敏度的多谐振峰折射率传感器可以检测到待测分析物的微小变化,在生物化学检测领域具有广阔的应用前景.     

基于人工超表面/离子凝胶/石墨烯复合结构的太赫兹调幅器件

设计并制备了基于人工超表面/离子凝胶/石墨烯复合结构的太赫兹调幅器件,并对其调制效果进行了模拟仿真和实验验证。该器件以嵌在石墨烯和超表面之间的离子凝胶为电解质,以石墨烯为主动材料,用超表面实现太赫兹波与石墨烯相互作用的增强。通过外加偏压调节石墨烯的电导率,进而达到对太赫兹波的主动控制。结果表明:该器件在较小的外加偏压下就可以在谐振频率处实现73%的调制深度,并且在调制过程中谐振频率几乎保持不变。该器件为小电压下的大幅度太赫兹调制提供了一种新手段。     

基于类电磁诱导透明的太赫兹超材料传感器性能分析

本文提出了一种基于类电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency,EIT)效应的太赫兹超材料折射率传感器.该器件结构单元由介质层和金属层构成,金属层是由四开口环和金属条组合的非对称结构.传感器透射谱产生了尖锐的透明峰,实现了类EIT效应.仿真分析了该器件的传感性能,实现了Q值为92.0、折射率灵敏度为61.0GHz/RIU、品质因数(Figure of Merit,FOM)为8.5的折射率传感功能,远优于对称结构的开口谐振环传感器.这种具有较高Q值、较高灵敏度和偏振不相关性的太赫兹超材料传感器在无标记的化学、生物传感中具有潜在应用价值.     

热激励硅基谐振型压力传感器技术研究

提出一种以电阻发热实现梁激励的单梁硅基谐振型压力传感器结构。利用硅/硅键合、减薄抛光和IC工艺技术,开展硅基谐振型压力传感器技术的研究,解决了三维体加工与IC工艺兼容的关键技术问题,成功地研制出热激励硅基谐振型压力传感器样品。该器件在常压下测试,其品质因子Q值达到1362.5,证实了该谐振型压力传感器结构是可行的。这为研制硅基谐振型压力传感器提供了一种新的方法。     

基于微波谐振结构的油料金属磨粒含量检测的传感器设计

为了利用介电常数法测油料的金属磨粒含量,提出了一种基于微波谐振结构的金属磨粒含量检测传感器。该传感器以环形微带线为谐振结构,采用交指耦合线馈电,同时,在传感器的金属接地板上加载互补开口谐振环以增强谐振特性。利用油液介电常数与金属磨粒含量之间的关系,以介电常数代替对应含量进行仿真,仿真结果显示,当待测油液的金属磨粒含量由0μg/g变化至170μg/g时,传感器的谐振频率向低频处发生偏移,其中圆柱形容器频偏为74MHz;杯形容器为128MHz;加载互补开口谐振环后,杯形容器频偏为298MHz。最后拟合了油液金属磨粒含量与频率偏移之间的关系,建立了油料金属磨粒含量的检测模型,拟合优度为0.9932,拟合效果较好。     

一种取向诱导的多共振超材料及折射率传感性能分析

提出了一种新型取向诱导的多谐振太赫兹超材料。超材料由双金属线(DCW)和非对称开口环谐振器(ASR)构成。数值仿真表明,当改变SR绕其中心旋转的角度时,导致亮模式和暗模式的耦合作用发生改变,产生不同类型的谐振现象。当SR旋转角为15°时,由于谐振结构对称性被打破,分别在0.67 THz、0.82 THz和0.83 THz出现了类EIT、四偶极子共振和Fano共振现象;当SR旋转角度为90°时,所有共振现象最终消失。此外分析了SR旋转角度为15°时的超材料传感性能,类EIT谐振峰、四偶极子共振和Fano共振灵敏度分别为127、107和108 GHz/RIU。该超材料作为折射率传感器,最大理论灵敏度达到127 GHz/RIU,表明该超材料具良好的传感特性。     

面向Micro-IMU的MEMS三维可折叠系统的设计与研制

提出了一种面向微惯性测量单元(Micro-IMU)应用的微电子机械系统(MEMS)三维可折叠结构,其主要组成部分包括绝缘层上硅(SOI)基底、聚酰亚胺柔性链、金属线以及MEMS多环陀螺仪。文章基于有限元仿真技术,分析了可折叠结构及器件的可行性。基于SOI一体化MEMS技术,将核心传感器的制作工艺与折叠结构工艺相结合,在结构中搭载单轴圆盘多环谐振微陀螺,利用柔性铰链实现结构的三维折叠以及各个传感器之间的电互连,实现单轴惯性传感器的集成,制备出体积为1cm3、质量为250mg的搭载多环谐振微陀螺的三维可折叠系统。     

一维4H-碳化硅光栅红外光学特性及红外尺应用

从理论和实验上对极化材料4H-SiC一维光栅的光学特性进行了研究。发现该结构中存在四种光学模式:传播表面声子极化激元、偶极子天线、局域表面声子极化激元和准静态表面声子极化激元。进一步利用传播表面声子极化激元对于光栅结构参数的敏感性和原子层沉积技术生长介质材料,观察到了沉积材料厚度变化和传播表面声子极化激元的峰位偏移量呈现线性关系。该研究有助于新型微纳器件如纳米尺、传感器等的开发。