太赫茲波由于具有瞬態(tài)性、高穿透性及安全性等特征,使其在生物醫(yī)學(xué)成像、環(huán)境監(jiān)測(cè)、化學(xué)分析及通信等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而,自然界中大多數(shù)材料與太赫茲波相互作用非常弱,不能有效地實(shí)現(xiàn)太赫茲波的傳輸和輻射,導(dǎo)致太赫茲技術(shù)及其功能器件的發(fā)展受到了嚴(yán)重阻礙。近年來(lái),可調(diào)諧超材料實(shí)現(xiàn)太赫茲功能器件引起了人們廣泛的關(guān)注。然而,傳統(tǒng)的基于活性材料調(diào)諧方法的調(diào)諧能力明顯依賴于材料的非線性特性,導(dǎo)致調(diào)諧范圍有限,不利于實(shí)際應(yīng)用;基于非平面微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的調(diào)諧能力取決于懸臂梁翹曲高度,致使器件調(diào)諧范圍有限、工藝復(fù)雜且可靠性低。所以本文針對(duì)這些弊端提出了三種基于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）平面重構(gòu)可調(diào)諧太赫茲超材料結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了多種大范圍、多功能、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)可調(diào)諧的太赫茲功能器件。主要研究?jī)?nèi)容如下:1、本論文首先提出了基于MEMS平面重構(gòu)太赫茲超材料頻率選擇器,利用靜電微機(jī)械驅(qū)動(dòng)器雙向驅(qū)動(dòng)可動(dòng)“T”型結(jié)構(gòu)與固定“T”型結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)正面接觸、相互分離和背面接觸狀態(tài),從而形成“H”型結(jié)構(gòu)單元或“十”字型結(jié)構(gòu)單元。研究結(jié)果表明:可動(dòng)“T”型結(jié)構(gòu)在平移的過(guò)程中,電磁耦合強(qiáng)度發(fā)生變化,總的有效電容改變,導(dǎo)致傳輸諧振頻率發(fā)生平移,... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱理工大學(xué)黑龍江省

【文章頁(yè)數(shù)】：55 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

基于砷化鎵的電切換太赫茲超材料[13]

哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-3-ManojGupta等人在超材料開口環(huán)的開口處集成半導(dǎo)體硅，通過(guò)光泵浦硅激發(fā)產(chǎn)生載流子，改變其導(dǎo)電性，從而可動(dòng)態(tài)調(diào)控太赫茲波傳輸幅度，并實(shí)現(xiàn)了環(huán)偶極子激勵(lì)與電偶極子激勵(lì)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換，如圖1-2所示[14]。圖1-1基于砷化鎵的電切換太赫茲超材料[13]a)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);b)太赫茲透射光譜隨電壓的變化情況;c)提取的復(fù)介電常數(shù)實(shí)部Fig.1-1SchematicdiagramoftheterahertzmetamaterialbasedonGaAsundervoltageexcitation：a)Schematicdevicedesign;b)THztransmissionspectraasafunctionofappliedvoltage,andc)extractedrealpartofthecomplexdielectricfunction.圖1-2基于硅結(jié)構(gòu)的環(huán)偶極子可切換太赫茲超材料[14]a)結(jié)構(gòu)示意圖;b)太赫茲傳輸光譜隨硅電導(dǎo)率的變化情況Fig.1-1Schematicdiagramofthetoroidalswitchablemetamaterialbasedonsiliconunderopticalexcitation：a)Schematicdevicedesign;b)THztransmissionspectraasafunctionofdifferentconductivitiesofSipads(2)液晶材料液晶是由液晶分子組成的液體形式的介電材料，其光學(xué)特性取決于液晶分子排列方式，通過(guò)外加電壓、磁場(chǎng)或控制溫度來(lái)改變液晶分子的取向，可獲得

哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-特定方向上折射率超過(guò)10%的變化。此外，液晶可適用于從微波到太赫茲波、紅外波及可見光的所有波段，因此，基于液晶可調(diào)諧的太赫茲超材料也得到了廣泛的研究[15-16]。由于液晶對(duì)電場(chǎng)和磁場(chǎng)很敏感，當(dāng)液晶受到電場(chǎng)和磁場(chǎng)作用時(shí)，其介電常數(shù)會(huì)發(fā)生改變，致使超材料的折射率和透射率發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)具有可調(diào)諧性能的太赫茲超材料。例如，2012年，DavidShrekenhamer等人將液晶與超材料單元結(jié)構(gòu)相結(jié)合，通過(guò)電調(diào)控方式可控制超材料對(duì)太赫茲波的吸收能力，在固定頻率下調(diào)制幅度可達(dá)30％，如圖1-3所示[17]。2019年，周紫葳等人提出了一種動(dòng)態(tài)高效的基于液晶的全介質(zhì)可調(diào)諧超材料結(jié)構(gòu)，當(dāng)液晶受到外加場(chǎng)的作用，可由各向同性變?yōu)楦飨虍愋�，�?shí)現(xiàn)了超材料諧振峰的可調(diào)諧特性。此外，在全介質(zhì)超材料底部加上金屬板結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了吸波率高于90%的吸波器功能，如圖1-4所示[18]。圖1-3基于液晶可調(diào)諧吸收器[17]a)結(jié)構(gòu)示意圖;b)太赫茲傳輸光譜隨電壓的變化情況Fig.1-3Schematicdiagramofthetunablemetamaterialabsorberbasedonliquida)Schematicdevicedesign;b)THztransmissionspectraasafunctionofdifferentvoltage

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]電磁編碼超材料的理論與應(yīng)用[J]. 張磊,劉碩,崔鐵軍.  中國(guó)光學(xué). 2017(01)
[2]MEMS技術(shù)在THz無(wú)源器件中的應(yīng)用[J]. 趙興海,鮑景富,杜亦佳,高楊,鄭英彬.  傳感器與微系統(tǒng). 2011(07)

博士論文
[1]基于電磁超材料的太赫茲功能器件機(jī)理與特性研究[D]. 陳徐.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所) 2018

碩士論文
[1]液晶基可調(diào)諧全介質(zhì)超表面的研究[D]. 周紫葳.北京郵電大學(xué) 2019



本文編號(hào)：3504033