太赫茲波介于微波與紅外之間,具有許多微波和紅外波所不具有的性質,如瞬態(tài)性、安全性、穿透性寬帶性等特性。因此太赫茲波廣泛運用于太赫茲成像、太赫茲時域光譜、太赫茲通信等領域。目前太赫茲發(fā)生器和探測器的研究得到快速的發(fā)展,但性能良好的太赫茲器件的匱乏,阻礙了太赫茲的研究和實際應用深入。太赫茲濾波器作為重要的太赫茲器件之一,具有諸如極化獨立、可調等特點的太赫茲濾波器成為了太赫茲器件研究的熱點之一。超材料是一種人工媒介,對超材料的結構、參數、材料等進行設計可獲得濾波性能優(yōu)良的太赫茲濾波器,受到太赫茲領域研究者的廣泛關注。本文正是面向太赫茲系統所急需的性能優(yōu)良的濾波器,開展基于超材料的帶阻濾波器的設計研究,通過優(yōu)化濾波器的材料、結構及幾何參數,設計出了三種性能優(yōu)良的太赫茲帶阻濾波器。論文完成的主要研究工作如下:(1)設計了一類閉合環(huán)—十字形組合結構單元濾波器。為了獲得寬帶寬,采用通過閉合環(huán)形與十字形結構相組合的濾波器結構,通過調節(jié)線寬、基底大小、層數等因素最終設計出一款具有較好濾波性能的三層閉合環(huán)—十字形結構單元濾波器,其上升沿下降沿斜率分別可高達1313 dB/THz和942 dB/THz,阻帶帶寬1.09 THz,帶內平均透過率低于5%(調制深度達到-25 dB以下),該濾波器中心頻率在0.72～1.28THz范圍內可調,且該濾波器是極化獨立的。與當前普遍帶寬小于0.5 THz調制深度在-23 dB太赫茲濾波器相比具有明顯優(yōu)勢。(2)設計了一類線切割型濾波器。在閉合環(huán)基礎上進行切割得到了新型線切割結構。具有三層、四層結構的濾波器濾波性能良好。三層結構濾波器工作在0.1～4 THz阻帶帶寬可達1.3THz,上升下降沿斜率可達350dB/THz和592dB/THz;四層結構工作在0.1～4.3THz,阻帶為1.04THz,上升下降沿斜率分別達到237 dB/THz和207 dB/THz,阻帶內平均透射率低于2%。通過改變?yōu)V波器的襯底材料實現了濾波器大范圍的可調,三層結構濾波器中心頻率在1.8～3THz范圍內可調。與第一種結構相比,這種濾波器具有更寬的帶寬,在阻帶內抑制效果與可調性更優(yōu)。(3)設計了—類線切割—十字形結構單元濾波器。將線切割結構與十字形結構相組合設計了一類新的具有雙頻帶特性濾波器。三層、四層、五層結構濾波器濾波性能良好。通過調節(jié)結構中十字線寬寬度可實現阻帶的精確可調通過改變襯底材料可實現阻帶在寬范圍內可調。以五層結構為例,其低頻阻帶寬度為0.635 THz,下降沿和上升沿斜率分別可達228.6dB/THz和170.1dB/THz;高頻部分阻帶為1.1 THz,帶內透過率小于1%,下降沿和上升沿斜率分別可達307.1 dB/THz和212.5 dB/THz。改變襯底材料,低頻和高頻部分阻帶可調范圍分別可寬達1.04 THz和2.43 THz。與單頻帶濾波器相比多頻帶使得濾波的選擇性更多樣,與當前一些帶內最大調制深度小于-40 dB,阻帶帶寬小于0.2 THz的,邊沿斜率均小于200 dB/THz雙頻帶濾波器相比更具有優(yōu)越。
【學位單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN713
【部分圖文】：

世紀８０年代中后期才被正式命名，在此之前科學家將其統稱為遠紅外射線。太赫??茲波是指頻率在〇．ｌ￣ｌ〇ＴＨｚ范圍的電磁波，波長大概在０．０３￣３ｍｍ范圍，介于微??波與紅外之間，如圖１－１所示。太赫茲波在低頻段與微波有部分重疊，在高頻段與??紅外線有部分重疊，該范圍是正好處于電子學與光子學的交叉區(qū)域，這使得太赫茲??波有一些獨特的性能。目前，對這一波段還尚未完全開發(fā)。??１??

１９９６年，英國科學家Ｊ．Ｂ．Ｐｅｎｄｒｙ所領導的科學小組提出通過金屬線陣列（Ｗｉｒｅ??Ａｒｒａｙ）實現了微波頻段的負介電響應［２３】。而后經過三年的繼續(xù)深入研究，其所在科??研小組在１９９９年提出采用開口諧振單元（Ｓｐｌｉｔ?Ｒｉｎｇ?Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ，?ＳＲＲ），如圖１－２所??示，實現了在微波頻段負磁導率的電磁響應｜２４］。Ｊ．Ｂ．Ｐｅｎｄｒｙ所領導的科學小組從理??論上證明了負折射材料的可行性，這激發(fā)了科研人員的興趣。??在２００１年，美國物理學家Ｄａｖｉｄ?Ｓｍｉｔｈ等人提出并制作出在微波波段同時具??有負介電常數和負磁導率的結構，并通過實驗證實該結構在０．１５?ＧＨｚ出呈現出負??折射率特性首次在實驗上證明了負折射材料的存在，標志著人們在超材料領??域取得突破性進展。這極大的鼓舞了科研人員的信心。??＠??圖１－２?ＳＲＲ單元結構圖。??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ＳＲＲ?ｕｎｉｔ?ｃｅｌｌ．??自Ｖｅｓｅ丨ａｇｏ的理論被Ｄａｖｉｄ?Ｓｍｉｔｈ在實驗上證明以后，超材料的研宄吸引了??世界各國科研人員的廣泛關注，《科學》雜志將其列入本世紀前１０年的１０項重要??科學進展之一［２６］。由于基于超材料的太赫茲器件在隱身、探測、成像、通信等方面??有巨大的應用潛力

論文的ＭｕｈａｍｍａｄＴａｙｙａｂＮｏｕｍａｎ等人提出了一是基于一種超材料，該超材料組成是將屬－半口環(huán)開口中，而開口環(huán)結構是以ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧ的變容二極管偏置電壓大小可改變超材料的性。當偏置電壓從０Ｖ變?yōu)椋常謺r，諧振頻率且在０．５８?ＴＨｚ處的插入損耗為４．３?ｄＢ，調制的提高太赫茲器件性能的方法。??ｒ?Ｄｍｉｔｒｉｅｖ和Ｃｌｅｒｉｓｓｏｎ?Ｎａｓｃｉｍｅｎｔｏ等人提出率和極化可控的太赫茲濾波器｜３４］，如圖１－４在金屬的襯底上組成的。通過適當的調節(jié)石在兩個不同的頻率區(qū)域，并且通過改變石墨動態(tài)的調節(jié)濾波器工作的中心頻率。??Ｉ＇?＂?＾?Ｇｒａｐｈｅｎｅ??
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本文編號：2861094