基于超材料的光學(xué)射頻一體化探測方法研究.pdf

1、迄今為止，探索將光學(xué)、射頻探測技術(shù)加以融合的方法已成為國際上高性能寬譜探測領(lǐng)域的研究熱點。實現(xiàn)光學(xué)、射頻一體化探測的關(guān)鍵是找到這兩類電磁波場同時滿足的物理架構(gòu)，從而再現(xiàn)光頻段的小型與靈巧特征，以及射頻段的遠(yuǎn)距離與穿透探測能力。人工圖案結(jié)構(gòu)的超材料在太赫茲共振感應(yīng)方面，表現(xiàn)出了將具有光學(xué)、射頻二元電磁波譜屬性的電磁波場，高效耦合到圖案化微納特征尺度光敏結(jié)構(gòu)上的高效感應(yīng)效能，以及通過特殊微納金屬結(jié)構(gòu)感知入射電磁波場這一物理屬性。本文首先采用

2、超材料對太赫茲信號進(jìn)行感測研究，解決涉及基礎(chǔ)理論、基本方法和關(guān)鍵工藝等基礎(chǔ)問題，進(jìn)而擴(kuò)展到光學(xué)、射頻電磁信號的一體化探測。論文主要內(nèi)容為：
　　首先開展了圖案化電極超材料的研究。針對超材料結(jié)構(gòu)中包含開環(huán)共振單元形態(tài)、排列方式和線寬，開孔的數(shù)目、尺寸和分布周期，金屬電極介電常數(shù)、厚度和電導(dǎo)率，砷化鎵襯底的電子濃度和介電常數(shù)等特征，以及入射電磁波場的邊界條件與偏振方向等屬性進(jìn)行建模。采用頻域有限元法仿真超材料的太赫茲透射行為，確定各型

3、超材料對太赫茲波的感應(yīng)特性?；诜抡婺Ｐ秃蜕榛壔叽纾O(shè)計了肖特基型超材料器件的光刻版圖。為了解決砷化鎵基片薄、脆以及金屬圖案電極線寬較窄，轉(zhuǎn)角與連線密集而導(dǎo)致較難剝離等問題，在器件制作過程中采用正、負(fù)膠聯(lián)合方式開展工藝制作。采用金絲壓焊工藝將制作好的超材料器件及其電極焊接在開孔電路版上，發(fā)展了基于復(fù)雜圖案結(jié)構(gòu)的肖特基型超材料的器件化工藝方法。
　　然后在校驗肖特基型超材料電子學(xué)性能基礎(chǔ)上，采用包含不同開孔、形態(tài)等的多種微結(jié)構(gòu)

4、電極圖案的超材料進(jìn)行太赫茲透射實驗，開展了功能化超材料器件對單頻太赫茲激光的感測研究，分析了超材料器件對太赫茲波的感應(yīng)效率、全局透射峰、局部透射峰與電極形態(tài)特征、界面布局以及器件的電子學(xué)配置間的相互關(guān)系。
　　圍繞基于超材料感應(yīng)寬頻太赫茲波進(jìn)行了深入研究。采用不同電極圖案的超材料對砷化銦晶體產(chǎn)生的寬頻太赫茲波進(jìn)行了測試，分析了透射信號頻譜特性，發(fā)展了基于偶極子共振特性的圖案化肖特基型超材料器件。采用不同電極圖案的超材料對砷化鎵光電

5、導(dǎo)天線產(chǎn)生的寬頻太赫茲波進(jìn)行了測試，分析了透射信號幅度增強(qiáng)與驅(qū)控電壓的關(guān)系，發(fā)展了雙模共振（法布里珀羅共振、表面等離子體激元共振）型超材料器件對寬頻太赫茲波的感測與器件化方法。
　　進(jìn)一步開展了功能化超材料對光頻紅外信號的探測研究。采用近紅外激光和黑體光源，分析了不同電極圖案的超材料在不同曝光時間、不同距離等參數(shù)條件下的透射圖像特征，發(fā)現(xiàn)超材料器件的頂層電極區(qū)無金屬處出現(xiàn)了密集分布、強(qiáng)度較大、尺寸極小的亮點/斑分布，發(fā)展了超材料對