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。     

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。     

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。     

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.     

基于局部表面等离子体激元的共振增强超材料吸收器的吸收性质

提出了一种在150～165 THz区域内的具有单峰吸收特性的高性能超材料吸收器。设计的吸波器包含两个阵列:双金属颗粒阵列和双空气孔阵列。金属层的阻尼常数在模拟中被优化。发现在模拟中使用2. 3倍的阻尼常数时,可以获得最大吸收率96%。吸收峰由局域表面等离子体(LSP)模式共振激发。为了揭示共振电磁机理,进行了两组模拟,研究结构参数变化对共振吸收峰的影响。发现随着垂直距离V的增加,吸收峰被增强,当V=160 nm时,获得新的吸收带。在第二次模拟中,对于水平距离H的增加,吸收峰也增强,并且当H=190 nm时获得另一个新的吸收带。电场强度分布结果表明LSP模式的激发和LSP模式之间的耦合效应导致吸收峰增强现象。     

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.     

Study of Wideband,Wide Angle,Polarization Independent Metamaterial Hilbert Curve Absorbing Screen for Terahertz Bolometers

A wideband, wide angle metamaterial Hilbert curve array terahertz absorbing screen is reported. The absorber consists of array of an Aluminum first order Hilbert curve array over a copper ground plane separated by dielectric spacer. 100% fractional bandwidth (-3dB absorption bandwidth) for normal incidence and more than 90% in case of oblique incidence of 45° and 60° for both TE and TM polarizations have been verified numerically. The operating bandwidth of the structure proposed here is several times of those reported to date. Peak absorption is 98% for normal incidence and more than 86% for 60° angle of incidence for either polarization. Furthermore, effects of variations in Hilbert curve dimensions, spacer thickness, spacer permittivity and ground plane conductivity are also investigated. The structure is shown to have high tolerance to variations in the aforementioned parameters.     

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。     

一种超薄吸波材料及其在缝隙天线中的应用

该文设计了一种超薄雷达吸波超材料,从等效电路和表面电流、电场分布分析了其吸波机理,并将其应用于波导缝隙天线的带内雷达散射截面(Radar Cross Section, RCS)减缩。该吸波材料仅由两层金属及中间的有耗介质板组成,厚度约为/175,最大吸波率达99.9%,且具有入射角和极化稳定吸波特性。将该吸波材料加载到波导缝隙天线上,实验结果表明:加载后的天线,回波损耗和增益几乎不变,在21~21角域,天线带内RCS减缩均在3 dB以上,法线方向RCS减缩最大超过17 dB。     

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。     

太赫兹宽频带准全向平板超材料吸波体的设计

在太赫兹波段设计了一种宽频带准全向的平板超材料吸波体.仿真结果表明,该吸波体在4.36～4.91THz之间具有极化不敏感和宽入射角的强吸收.提取的等效阻抗实部表明,可以通过调节超材料的电磁响应造成吸波体一侧与自由空间近似阻抗匹配、另一侧与自由空间阻抗不匹配,从而在吸收频带内同时实现反射率和传输率最小、吸收率最大.仿真的...     

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板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...     

利用高阶表面等离子体共振实现窄带完美吸收

超材料完美吸波体是一种典型的电磁功能材料,在包括高效太阳能利用等领域有巨大的应用前景。迄今的工作主要集中在工作波长的可调谐性以及双波段、三波段甚至宽带吸收方面。激光防护等特殊应用要求超材料完美吸波体在指定波长附近拥有窄带吸收性能,然而这方面的研究当前还比较少。基于铝反射镜-SiO₂介质层-铝圆盘的三层结构,设计并数值模拟研究了一种工作在1 064 nm的窄带超材料完美吸波体。通过对比发现,相比于利用小尺寸结构单元的表面等离子体振荡基模,利用大尺寸结构单元的表面等离子体振荡高阶模式,可以在指定波长处得到线宽更窄的完美吸收效果。进一步,通过对介质层厚度、圆盘直径和晶格周期等主要结构参数进行系统研究,揭示了各个结构参量对于超材料完美吸波体光学响应的影响规律。在此基础上,通过对结构参数的优化,最终得到了透过率为0、反射率低至8.56×10?5、模式线宽约为55 nm的高性能、窄带超材料完美吸波体设计。由于该工作中涉及的所有材料均CMOS兼容,同时结构单元的特征尺寸也处于光刻技术易于加工的区间,因此拥有良好的大规模实际应用前景。     

基于液晶的太赫兹可调谐超材料吸波体

文中设计了一种液晶太赫兹电控超材料吸波体,通过外部电场改变液晶层的等效介电常数,实现对于太赫兹反射波的调控。对器件的传输性能进行计算,分析了谐振频点处的表面电流分布和能量损耗密度情况。采用紫外光刻以及湿法刻蚀技术,制作了30×30单元超材料吸波体阵列并对其进行测试验证。结果表明,当偏置电压在0~30 V之间变化时,吸波体的谐振频点可实现101.5~117.95 GHz范围内的动态调控,综合可调率达到13.9%,整个工作频段内,吸收率始终维持在90%以上。     

基于超材料的太赫兹幅度调制器设计

提出了一款基于超材料的太赫兹幅度调制器,其结构由开口"弓"形超材料结构、高电子迁移率晶体管、斜十字馈线和碳化硅衬底四部分构成."弓"形超材料结构开口处的连通和断开两种状态将对通过该结构的太赫兹波产生不同的响应.在开口处添加高电子迁移率晶体管可模拟开口连通和断开的效果.当对晶体管上的栅极不施加偏压时,超材料结构开口相当于导通,对太赫兹波透射系数高;当对晶体管上的栅极施加偏压时,超材料结构开口相当于断开,对太赫兹波透射系数低.仿真结果表明,在0.22 THz处,对晶体管栅极不施加偏压时,调制器的透射系数为0.579;对晶体管栅极施加偏压时,调制器的透射系数为0.040.通过公式计算得到其调制深度为93％,而且对x和y极化入射波具有不敏感的特性.同时,通过分析0.22 THz处的电场分布和表面电流分布研究了该太赫兹调制器的工作原理.所设计的太赫兹调制器具有调制深度高、结构简单和易于加工等特点,在太赫兹通信领域具有广阔的应用前景.     

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...     

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。     

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。     

光驱动宽频带可调谐太赫兹吸波器设计

设计了一种基于光敏材料硅(Si)的宽频带极化不敏感的光驱动可调谐太赫兹超材料吸波器(metamaterial ab-sorber,简称MMA).该可调谐太赫兹MMA基本单元结构由嵌入光敏硅的紧凑开缝环谐振器结构、中间介质隔离层与金属底板构成.硅的电导率随着入射光的强度而发生改变,从而使太赫兹MMA工作频率和吸波性能得到有效的调节.数值计算结果表明:当硅电导率在1. 0×10~3S/m到5. 0×10~5S/m范围内动态调节时,该MMA吸波特性在0. 442 THz到0. 852 THz范围内动态调节.另外,其相对调节带宽达到63. 37%,吸收率调制深度达到60. 22%.进一步的数值计算结果表明我们所设计的MMA具备极化不敏感和宽入射角的特性.