基于电磁超材料的太赫兹功能器件研究

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1、去外成Ｊ：聲４ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣｓｃＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯ色ＹＯＦＣＨＩＮＡ硕±学位论文ＩＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳ（ｔ次．论文题目基于电磯超材料的太赫兹功能器件妍究学科专业电子科学与技术学号２０１３２１０３０６３４作者姓名刘朝阳指导教师支岐业教授ｉ独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方夕ｈ，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为

2、获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。《作者签名：刘鮮的曰船钟年６月ｉ曰论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文，的规定有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：刘初的导师签名：《山或＾日期：年６月么日

3、分类号密级注1UDC学位论文基于电磁超材料的太赫兹功能器件研究（题名和副题名）刘朝阳（作者姓名）指导教师文岐业教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业电子科学与技术提交论文日期2016.04.12论文答辩日期2015.05.20学位授予单位和日期电子科技大学2015年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。TheResearchofTerahertzFunctionalDevicesBasedonElectromagneticMetamaterialsAMasterThesisSubmittedtoUniversityofEl

4、ectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ElectronicScienceandTechnologyAuthor:LiuZhaoyangSupervisor:Prof.WenQiyeSchool:SchoolofMicroelectronicsandSolid-StateElectronics摘要摘要近20年来，太赫兹技术得到飞速的发展，由原来的所谓“太赫兹空白”已经发展为现在的研究热点。太赫兹高速无线通信、探测成像、医疗诊断等应用系统的开发也进行到十分关键的阶段并逐步向产业化方向过渡。相应地，这些应用系统所需要的关键核心器件研究就变得极为重

5、要了。众所周知，由于太赫兹波独特的频段范围，该波段的材料和器件都严重缺乏，这使得太赫兹系统的构建变得困难。在本研究中，我们着重探索了利用人工电磁超材料构建太赫兹功能器件的尝试，以展示利用这种新型材料研制实用性太赫兹功能器件的方法和过程。超材料作为一种新的材料设计理念，有着与传统材料不同的性质，通过合理控制其介电常数与磁导率特性可以构建多种新颖器件，使之可以应用在太赫兹安全监测、无线通信、探测成像和光谱分析等多个领域。首先，本文利用超材料设计了太赫兹吸收器，先用LC共振模型解释吸收器的工作机理，采用仿真软件CSTMicrowaveStudio2011设计了一款基于SRR结构的集中型吸收

6、器，频点处吸收率达到了90%，为增加带宽，将结构增加为双层，吸收带宽达到100GHz。另外，为了实现吸收器的可调性，引入“金属—绝缘体”相变材料二氧化钒，利用其电导率随温度变化而变化的特性来改变吸收器的阻抗匹配特性。在室温下与大于68℃的环境下，使原单层吸收器的可调幅度达到了60%。将二氧化钒用于双层吸收器则使吸收频带大幅变宽，达到了190GHz。其次，本文设计并制备了基于频率选择表面的太赫兹带通滤波器，用CSTMicrowaveStudio2011软件设计了交叉型与平行型两种类型的频率选择表面，通过MEMS加工工艺与射频磁控溅射工艺制备成品，并用太赫兹时域光谱（THz-TDS）系统

7、加以测试，所得结果证明透射率均超过了85%，3dB带宽均达到了48%以上。本文研究设计的两种器件均是太赫兹应用系统的核心器件，一方面为构建太赫兹应用系统提供了器件基础，另一方面展示了人工电磁超材料在太赫兹功能器件研制上的巨大潜力。关键词：太赫兹，电磁超材料，吸收器，频率选择表面，二氧化钒IABSTRACTABSTRACTDuringthepast20years,terahertztechnologyhasgainedrapiddevelopment,fro