平面超材料太赫茲波非對稱開口環(huán)諧振器研究.pdf

1、超材料是由亞波長單元結(jié)構(gòu)周期性排列組成的人工電磁材料,由于能夠?qū)崿F(xiàn)很多自然界材料所不具有的電磁特性,因此被廣泛應(yīng)用于各種功能器件,如傳感器、超級透鏡、隱身衣等。開口環(huán)諧振器(SRR)由于具有電磁場局部增強(qiáng)和高品質(zhì)因數(shù)等特點(diǎn),被廣泛作為各種功能器件的組成元件來應(yīng)用。超材料共振單元通過打破金屬微結(jié)構(gòu)的對稱性,以產(chǎn)生對稱參數(shù)下所不具有的諧振模式和透明諧振現(xiàn)象,如Fano諧振、電磁誘導(dǎo)透明及等離子體共振雜化。非對稱SRR可以產(chǎn)生窄線寬諧振并具有

2、高品質(zhì)因素,可以用于陷波濾波器、高選擇性的窄帶太赫茲輻射器以及高靈敏度的太赫茲生物、化學(xué)傳感器等。本文研究了平面超材料太赫茲器件的制備工藝、多種非對稱開口環(huán)諧振器及其透明諧振效應(yīng)。主要研究工作包括:
　　(1)提出了一種以405nm半導(dǎo)體激光器為曝光源采用激光誘導(dǎo)和化學(xué)鍍工藝制備超材料太赫茲器件的方法,該方法與其它采用紫外激光器制備工藝相比可大幅度節(jié)約水電資源消耗,降低加工成本。利用該方法加工的金屬結(jié)構(gòu)最小線寬約為5μm,通過太赫

3、茲器件樣品的制備與性能測試,證明了該方法的有效性。
　　(2)設(shè)計并制備了具有類電磁誘導(dǎo)透明(EIT)效應(yīng)的太赫茲諧振器,其結(jié)構(gòu)由兩個非對稱排列的“明”開口環(huán)諧振器組成,利用時域有限差分法對諧振器的產(chǎn)生機(jī)理及其傳感性能進(jìn)行了仿真和分析。仿真結(jié)果表明該諧振器靈敏度達(dá)75.11GHz/RIU,FOM值為4.42,可以應(yīng)用于折射率傳感器。經(jīng)TDS系統(tǒng)透射性能測試,該諧振器在0.52THz附近有一個尖銳透明峰,其諧振強(qiáng)度和Q值由兩個非對稱

4、SRR單元的相對距離決定,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真基本相符。
　　(3)通過仿真研究了由SRR和金屬線組成的太赫茲諧振器中的類EIT現(xiàn)象, SRR對應(yīng)的暗模式是由金屬線組成的明諧振器激發(fā)的。由于金屬線的空間分布方向不同,SRR中的誘導(dǎo)表面電流方向?qū)O化敏感。通過調(diào)節(jié)入射波的偏振,可以實(shí)現(xiàn)等離子體EIT開關(guān)的功能。
　　(4)設(shè)計并制備了一種應(yīng)用在太赫茲波段的類EIT超材料諧振器,其單元結(jié)構(gòu)由“明”、“暗”開口環(huán)諧振器原子組成。兩個“明