【摘要】：TiNi記憶合金薄膜在相變溫度附近會(huì)發(fā)生由母相的B2結(jié)構(gòu)到馬氏體相的B19’結(jié)構(gòu)的馬氏體相變,可同時(shí)導(dǎo)致材料介電特性和形狀的快速改變。利用此特點(diǎn),將TiNi合金制備成薄膜,并與超材料設(shè)計(jì)結(jié)合,可實(shí)現(xiàn)溫度場(chǎng)作用下材料特性和結(jié)構(gòu)形變的雙重調(diào)制,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲波的動(dòng)態(tài)調(diào)控�；赥iNi合金薄膜超材料的太赫茲功能器件,能有效結(jié)合上述兩種太赫茲主動(dòng)控制方法的優(yōu)點(diǎn),兼具調(diào)控速度快、調(diào)制范圍寬等優(yōu)勢(shì),為發(fā)展TiNi合金薄膜超材料的太赫茲功能器件提供了新思路。本文通過(guò)軟件仿真設(shè)計(jì)TiNi薄膜超材料-硅襯底的兩層開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu),通過(guò)溫度場(chǎng)的控制,使TiNi薄膜超材料的電導(dǎo)率、表面粗糙度以及結(jié)構(gòu)的改變,得到相應(yīng)的透射譜。并通過(guò)耦合諧振原理分析了TiNi超材料對(duì)太赫茲波的響應(yīng)機(jī)理,進(jìn)而研究了TiNi薄膜相變過(guò)程中材料電導(dǎo)率和表面粗糙度以及形變對(duì)太赫茲波的調(diào)制作用。研究結(jié)果表明,TiNi超材料電導(dǎo)率逐漸變小,使諧振在高頻處發(fā)生0.14THz的紅移;隨著TiNi超材料表面粗糙度的增大,在高頻出有明顯的紅移,最大實(shí)現(xiàn)0.46THz的調(diào)制效果;隨著TiNi超材料的中間線諧振發(fā)生形變,使高度增加,在低頻處的透射峰發(fā)生明顯的藍(lán)移,且透射率的值明顯增大,調(diào)諧范圍達(dá)到0.5THz。說(shuō)明TiNi超材料對(duì)太赫茲波具有很好的調(diào)制效果。在上述研究工作的基礎(chǔ)上,本文進(jìn)一步研究了TiNi薄膜超材料在太赫茲器件中應(yīng)用。分別討論了TiNi超材料在太赫茲調(diào)制器和濾波器中的應(yīng)用,在太赫茲調(diào)制器中,TiNi超材料的相變,實(shí)現(xiàn)0.3THz的調(diào)制效果;結(jié)構(gòu)形變實(shí)現(xiàn)0.46THz的調(diào)制效果;而TiNi薄膜超材料的雙重調(diào)制,實(shí)現(xiàn)高達(dá)0.85THz的調(diào)制效果;針對(duì)太赫茲濾波器,采用工字型結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的上下兩層TiNi薄膜超材料和中間介質(zhì)層的結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)寬頻的阻帶濾波器。材料的相變和形變,分別能夠?qū)崿F(xiàn)阻帶寬度為0.07THz和0.15THz的調(diào)制效果,而通過(guò)雙重調(diào)制能夠?qū)崿F(xiàn)帶寬為0.27THz的調(diào)制效果。本文的研究結(jié)果表明,TiNi薄膜超材料通過(guò)雙重調(diào)制,能夠?qū)崿F(xiàn)更大的調(diào)制效果,具有更快的調(diào)制速度以及更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)形狀。因此,TiNi薄膜作為超材料在太赫茲調(diào)制及相關(guān)功能器件的應(yīng)用具有巨大潛力。
【圖文】：

-3-圖 1-1 基于半導(dǎo)體可調(diào)控太赫茲超材料) 半導(dǎo)體超材料結(jié)構(gòu)示意圖; b) 超材料在不同泵浦光下的g.1-1 Dynamically tunable metamaterial with based on semimatic of metamaterial; b) Transmission spectra with differen超導(dǎo)體材料的太赫茲器件，美國(guó)俄克拉荷馬州立大學(xué)的 Cao 等人提出一種通體超材料的調(diào)控[35]，如圖 1-2 所示。該超材料結(jié)構(gòu)導(dǎo)閉合環(huán)(YBCO)和內(nèi)部開(kāi)口金屬環(huán)嵌套組成，如料由外部高溫超導(dǎo)閉合環(huán)和內(nèi)部開(kāi)口金屬環(huán)分別產(chǎn)場(chǎng)耦合，從而實(shí)現(xiàn) EIT 效應(yīng)。施加不同的溫度（1導(dǎo)閉合環(huán)和內(nèi)部開(kāi)口金屬環(huán)的耦合強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)超窗口幅值的調(diào)制，如圖 1-2b)為不同溫度下的傳輸

哈爾濱理工大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文-4-圖1-2 基于超導(dǎo)體可調(diào)控太赫茲超材料a) 超材料結(jié)構(gòu)示意圖; b) 超材料在不同溫度下的傳輸譜Fig.1-2 Dynamically tunable metamaterial based on superconductora) Schematic of EIT metamaterial; b) Transmission spectra with different temperature3、基于液晶材料的太赫茲器件2015 年，東海大學(xué)的 Chen 等人提出了一種通過(guò)施加不同頻率的偏壓的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶超材料的調(diào)控[36]，如圖 1-3 所示。該超材料結(jié)構(gòu)被嵌入在共平面轉(zhuǎn)換雙頻液晶(IPS DFLC)單元內(nèi)，其中塑料柔性連接臂將兩層聚酯襯底隔開(kāi)，形成一個(gè)填充雙頻液晶空腔結(jié)構(gòu)，金屬銀開(kāi)口環(huán)陣列置于頂端聚酯襯底上，銦錫氧化物通過(guò)濕法刻蝕置于底端聚酯襯底上，兩層聚酯襯底均覆蓋在聚酰亞胺薄膜上，如圖 1-4a)所示；通過(guò)施加不同頻率的偏壓(頻率為 19KHz-22KHz)，可在銦錫氧化物電極兩端產(chǎn)生電場(chǎng)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：O441.4;O484

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