電磁超材料吸波器,作為超材料應(yīng)用領(lǐng)域中一個(gè)極其重要的分支,在傳感、探測、熱輻射、電磁隱身和成像技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景,因此受到世界各國科研人員的廣泛關(guān)注。本文首先介紹了太赫茲波的特性及其發(fā)展應(yīng)用,并詳細(xì)介紹了超材料吸波器的產(chǎn)生背景及發(fā)展現(xiàn)狀,然后介紹了超材料吸波器的理論基礎(chǔ)。通過建立溫敏半導(dǎo)體材料銻化銦的介電常數(shù)模型,設(shè)計(jì)了幾種不同類型的基于銻化銦介質(zhì)基片的可調(diào)諧超材料吸波器,并對其吸收特性進(jìn)行了研究,最后通過經(jīng)典的電磁學(xué)理論和等效電路理論對其物理吸收機(jī)制進(jìn)行了解釋。本文主要的研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:（1）設(shè)計(jì)了一種基于方環(huán)形結(jié)構(gòu)的單頻窄帶可調(diào)諧太赫茲吸波器。當(dāng)溫度T=280 K時(shí),吸波器在f=2.01 THz處的吸收率接近100%。通過改變外部溫度,可將吸波器的吸收峰頻率從1.36 THz到2.26 THz范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)諧。（2）設(shè)計(jì)了一種基于交叉十字鏤空型的六頻帶可調(diào)諧太赫茲吸波器。在T=210K溫度條件下,吸波器在0.4-2.2 THz的頻率范圍內(nèi)具有六個(gè)近乎完美的吸收峰。隨著溫度的升高,吸波器六個(gè)諧振頻點(diǎn)均呈現(xiàn)出明顯的藍(lán)移現(xiàn)象。（3）設(shè)計(jì)了一種三維結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧太赫茲吸波器... 

【文章來源】：武漢科技大學(xué)湖北省

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

傳統(tǒng)的Salisbury屏結(jié)構(gòu)圖

武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文5波入射時(shí)，利用開口諧振環(huán)激發(fā)共振效應(yīng)，同時(shí)電阻片吸收電磁能量，從而達(dá)到吸波的目的。但是，由于該方法的制備工藝復(fù)雜，成品的加工難度很大，并不利于實(shí)際應(yīng)用。2008年，Landy等人通過設(shè)計(jì)基于電磁諧振效應(yīng)的超薄吸波器，首次實(shí)現(xiàn)了完美超材料吸波器，引發(fā)了巨大的轟動(dòng)[29]。其單元結(jié)構(gòu)如圖1.4所示，頂層為金屬開縫環(huán)電諧振器，底層為金屬微帶線，中間層為FR4介質(zhì)基底。仿真結(jié)果顯示其在11.5GHz處得到的吸收率接近100%，加工實(shí)測的吸收率約為88%。圖1.4（a）頂層電諧振環(huán)；（b）底層金屬線;（c）吸波器單元結(jié)構(gòu)；（d）吸波器吸收率同年，HuTao等人通過改變超材料單元結(jié)構(gòu)的尺寸，將Landy等人的研究成果擴(kuò)展到了THz波段，首次實(shí)現(xiàn)了THz波段對電磁波的完美吸收[30]。如圖1.5所示，其結(jié)構(gòu)與Landy等人的結(jié)構(gòu)類似，所不同的是HuTao等人的結(jié)構(gòu)多添加了一層砷化鎵基底。由仿真結(jié)果可知，該吸波器在1.125THz左右實(shí)現(xiàn)了約97%的吸收率，此處的反射率和透射率都接近零。圖1.5（a）太赫茲完美超材料吸波器單元結(jié)構(gòu)示意圖；（b）對應(yīng)的吸收曲線通常，超材料吸波器由典型的三層結(jié)構(gòu)組成：頂層的周期性金屬圖案層、中間介質(zhì)層和金屬底板，這種結(jié)構(gòu)也稱為全反射型超材料吸波器。超材料吸波器的吸收特性主要與頂層金屬圖案層的形狀分布、諧振方式以及中間介質(zhì)層的電磁參數(shù)有關(guān)，通過調(diào)整單元結(jié)構(gòu)的各種幾何參數(shù)，就可以獲得所需的諧振頻率范圍以及諧振強(qiáng)度大校(a)(b)(a)(b)(c)(d)

武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文5波入射時(shí)，利用開口諧振環(huán)激發(fā)共振效應(yīng)，同時(shí)電阻片吸收電磁能量，從而達(dá)到吸波的目的。但是，由于該方法的制備工藝復(fù)雜，成品的加工難度很大，并不利于實(shí)際應(yīng)用。2008年，Landy等人通過設(shè)計(jì)基于電磁諧振效應(yīng)的超薄吸波器，首次實(shí)現(xiàn)了完美超材料吸波器，引發(fā)了巨大的轟動(dòng)[29]。其單元結(jié)構(gòu)如圖1.4所示，頂層為金屬開縫環(huán)電諧振器，底層為金屬微帶線，中間層為FR4介質(zhì)基底。仿真結(jié)果顯示其在11.5GHz處得到的吸收率接近100%，加工實(shí)測的吸收率約為88%。圖1.4（a）頂層電諧振環(huán)；（b）底層金屬線;（c）吸波器單元結(jié)構(gòu)；（d）吸波器吸收率同年，HuTao等人通過改變超材料單元結(jié)構(gòu)的尺寸，將Landy等人的研究成果擴(kuò)展到了THz波段，首次實(shí)現(xiàn)了THz波段對電磁波的完美吸收[30]。如圖1.5所示，其結(jié)構(gòu)與Landy等人的結(jié)構(gòu)類似，所不同的是HuTao等人的結(jié)構(gòu)多添加了一層砷化鎵基底。由仿真結(jié)果可知，該吸波器在1.125THz左右實(shí)現(xiàn)了約97%的吸收率，此處的反射率和透射率都接近零。圖1.5（a）太赫茲完美超材料吸波器單元結(jié)構(gòu)示意圖；（b）對應(yīng)的吸收曲線通常，超材料吸波器由典型的三層結(jié)構(gòu)組成：頂層的周期性金屬圖案層、中間介質(zhì)層和金屬底板，這種結(jié)構(gòu)也稱為全反射型超材料吸波器。超材料吸波器的吸收特性主要與頂層金屬圖案層的形狀分布、諧振方式以及中間介質(zhì)層的電磁參數(shù)有關(guān)，通過調(diào)整單元結(jié)構(gòu)的各種幾何參數(shù)，就可以獲得所需的諧振頻率范圍以及諧振強(qiáng)度大校(a)(b)(a)(b)(c)(d)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Design of a concise and dual-band tunable metamaterial absorber[J]. 李宗哲,羅春婭,姚剛,樂進(jìn),季潔,姚建銓,凌福日.  Chinese Optics Letters. 2016(10)
[2]一種基于石墨烯的超寬帶吸波器[J]. 姜彥南,王揚(yáng),葛德彪,李思敏,曹衛(wèi)平,高喜,于新華.  物理學(xué)報(bào). 2016(05)
[3]太赫茲通信技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 顧立,譚智勇,曹俊誠.  物理. 2013(10)
[4]太赫茲技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 姚建銓.  重慶郵電大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2010(06)
[5]太赫茲技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景分析[J]. 王憶鋒,毛京湘.  光電技術(shù)應(yīng)用. 2008(01)
[6]太赫茲科學(xué)技術(shù)的新發(fā)展[J]. 劉盛綱.  中國基礎(chǔ)科學(xué). 2006(01)
[7]銻化銦的物理特性及其應(yīng)用[J]. 林達(dá)荃.  物理通報(bào). 1963(02)



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