遠(yuǎn)紅外波段及太赫茲(Terahertz,THz)波器件在國(guó)防安全和安檢等領(lǐng)域有著重要的作用。本文在基于電磁誘導(dǎo)透明(Electromagnetically Induced Transparency,EIT)效應(yīng)的理論基礎(chǔ)上,采用半導(dǎo)體微納加工工藝,設(shè)計(jì)了具有非對(duì)稱(chēng)開(kāi)口三角形結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)紅外濾波器,利用三角形開(kāi)口處的諧振和三角形邊與邊之間的諧振這兩種不同諧振模式之間的相互耦合,形成EIT效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,非對(duì)稱(chēng)性越大的結(jié)構(gòu)所引起的電磁耦合強(qiáng)度越大,器件的EIT效應(yīng)越明顯。基于時(shí)域有限差分法電磁模擬了三角形微結(jié)構(gòu)太赫茲波段的透射率、電流密度和電場(chǎng)強(qiáng)度的分布,模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到了很好的吻合,并通過(guò)電流密度和電場(chǎng)強(qiáng)度的分布準(zhǔn)確地表明了兩種不同電磁耦合模式相互作用的過(guò)程。研究的具體內(nèi)容主要為:1.基于時(shí)域有限差分法對(duì)建立不同尺寸的開(kāi)口三角形結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行模擬,研究太赫茲波對(duì)三角形結(jié)構(gòu)的透射率,以及三角形結(jié)構(gòu)中形成的電流密度和電場(chǎng)強(qiáng)度分布對(duì)產(chǎn)生EIT效應(yīng)電磁耦合的起源。重點(diǎn)研究三角形開(kāi)口與中心軸距離引起的非對(duì)稱(chēng)性對(duì)EIT效應(yīng)的作用。通過(guò)Advanced Design System軟件計(jì)算三角形濾波結(jié)構(gòu)等效的LC值,進(jìn)一步驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的有效性和準(zhǔn)確性。2.基于半導(dǎo)體微納加工工藝實(shí)現(xiàn)了非對(duì)稱(chēng)開(kāi)口的三角形濾波結(jié)構(gòu)的制備,實(shí)驗(yàn)上采用的是雙層光刻膠剝離技術(shù),利用高真空磁控濺射鍍膜系統(tǒng)沉積金屬薄膜。通過(guò)太赫茲時(shí)域光譜測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試濾波器件的透射性能,由于制備的濾波結(jié)構(gòu)為非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu),改變THz電場(chǎng)的入射方向?qū)ζ骷掌澩干渖疃冗M(jìn)行了系統(tǒng)的研究。3.根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試和模擬得到電磁波透射譜,隨著開(kāi)口三角形非對(duì)稱(chēng)度的不斷增加,器件的諧振頻率出現(xiàn)紅移。且由于結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱(chēng)性,在頻率可觀察到的范圍內(nèi)觀測(cè)到了EIT效應(yīng)。通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)電場(chǎng)強(qiáng)度和表面電流密度分布的模擬分析,三角形的邊是作為整個(gè)結(jié)構(gòu)中的亮模,三角形的開(kāi)口及其部分邊作為整個(gè)結(jié)構(gòu)中的暗模,結(jié)構(gòu)中兩種不同諧振模式之間的相互耦合形成了EIT效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)和理論的研究在物理上進(jìn)一步加深了對(duì)非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)太赫茲器件的調(diào)制機(jī)理的理解,在太赫茲波無(wú)源器件的研究工作中也積累了豐富的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
【學(xué)位單位】：蘇州科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TN713;O441
【部分圖文】：

1.1.1 遠(yuǎn)紅外電磁波的特點(diǎn)及其應(yīng)用遠(yuǎn)紅外波段主要是指波長(zhǎng)范圍在 25~1000 μm 的電磁波，太赫茲（Terahertz, THz）波主要是指頻率在 0.1~10 THz（波長(zhǎng)在 30~3000 μm）之間的電磁波，如圖 1-1，太赫茲波段波長(zhǎng)涵蓋了遠(yuǎn)紅外線(xiàn)和毫米波的部分，涉及光學(xué)和電子學(xué)的綜合研究。從上世紀(jì)八十年代開(kāi)始，太赫茲波才被正式命名，在這之前，科學(xué)家們都稱(chēng)之為遠(yuǎn)紅外射線(xiàn)。從頻率上看，太赫茲波高于微波，但低于紅外和可見(jiàn)光；從能量上看，太赫茲波則是介于光子和電子之間。在電磁波頻譜上，位于太赫茲波段兩側(cè)的紅外和微波技術(shù)發(fā)展迅速，目前遠(yuǎn)紅外技術(shù)也已經(jīng)取得了很多成果并且產(chǎn)業(yè)化，但是人們對(duì)太赫茲波段的認(rèn)識(shí)有待進(jìn)一步深入，在太赫茲波段內(nèi)的研究成果和數(shù)據(jù)也很少，這主要是由于缺乏有效直接的太赫茲產(chǎn)生源和靈敏探測(cè)器，所以，這一波段也被稱(chēng)之為太赫茲間隙（THzGap）[1]。近二十年以來(lái)，為獲得寬帶穩(wěn)定的脈沖太赫茲源和探測(cè)手段，科學(xué)界迅速開(kāi)展了對(duì)太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)和量子級(jí)聯(lián)激光器的研究，并在國(guó)內(nèi)外掀起一股太赫茲研究熱潮[2]。

士論文 量級(jí)，將人工原子和人工分子單元通過(guò)不同的組合和排列質(zhì)的超材料。超材料的主要特征可歸納為以下三個(gè)方面：第二，它具有自然界材料所不具備的超常物理性質(zhì)；第三決于其原本材料的性質(zhì)，而是取決于其中的人工結(jié)構(gòu)，可其中通過(guò)構(gòu)造精確的幾何圖形和結(jié)構(gòu)排列使得超材料能夠特性，實(shí)現(xiàn)超越傳統(tǒng)材料的優(yōu)勢(shì)。

圖 1-3 典型的太赫茲超材料：（a）負(fù)折射率超材料；（b）電磁誘導(dǎo)透明超材料；（c）LC 諧振環(huán)超材料；（d）手征性超材料；（e）主動(dòng)調(diào)控超材料[33-37]。1999 年，J. B. Pendry 利用麥克斯韋方程和物質(zhì)本構(gòu)方程，設(shè)計(jì)出一種周期性結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有磁響應(yīng)性，將其稱(chēng)之為開(kāi)口諧振環(huán)（Split Ring Resonator, SRR）結(jié)構(gòu)[38]。在 J. B. Pendry 設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上，D. R. Smith 等人利用導(dǎo)線(xiàn)以及金屬銅的開(kāi)環(huán)諧振器組成環(huán)環(huán)相扣的晶格，加工制作出了具有 SRR 結(jié)構(gòu)的超材料。負(fù)折射率材料最初由 Victor Veselago 于 1967 年提出并加以描述，他證明這種材料可以穿透光，表明相速度可以與 Poynting 矢量方向反平行，這與天然存在的材料中的波傳播方向相反[39]。2001 年，D. R. Smith 等人首次完成了負(fù)折射率超材料在微波段范圍內(nèi)的研究[33]。接著 G. Dolling 等人利用漁網(wǎng)（Fishnet）結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了負(fù)折射率超材料在光波段范圍內(nèi)的研究[40]。2004 年，J. B. Pendry 認(rèn)為負(fù)折射率可以利用手征超材料結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)[41]。2007年，V.A. Fedotov 等人提出了一種基于雙開(kāi)口圓環(huán)結(jié)構(gòu)的濾波器，該器件具有較高品質(zhì)因子[42]。2008 年，張翔課題組首次實(shí)現(xiàn)了在太赫茲波段內(nèi)具有手征結(jié)構(gòu)的負(fù)折射率超材料[43]。同年，D. R. Smith 和 J. B. Pendry 共同設(shè)計(jì)制造出超材料薄層，通過(guò)這
【參考文獻(xiàn)】

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2 薛超敏;劉建勝;鄭錚;李昕;張揚(yáng);樊匯隆;;太赫茲濾波器[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2008年01期

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本文編號(hào)：2854904