基于二氧化钒薄膜的太赫兹可调超表面结构研究

论文摘要

太赫兹波特殊的频率范围使其具备一些独特性质,在无线通信、无损检测及传感等方面受到越来越多的关注,而这些应用的实现都需要一些调制器件来更好的操纵太赫兹波。许多天然材料对太赫兹辐射没有响应,超材料的出现解决了这一问题,将具有可调谐性的材料与超材料结合可以实现对太赫兹波的动态调控。大部分太赫兹调制器在谐振频点处都呈现带阻特性,具有比较高的插入损耗,不利于器件的安装调试。VO2是一种在外界激励作用下电导率可以发生5个数量级变化的可调谐性材料,因此本论文利用VO2薄膜设计了电控常开型的可调超表面器件来解决这一问题。首先,本论文用CST电磁仿真软件优化常见的电谐振单元,并结合埋栅电极进行共面馈电,设计了两种基于VO2薄膜的常开型超表面器件;这两种超表面调制器件可以同时对太赫兹波的幅度和相位进行调制,对相应谐振频点处的电场分析得到两种器件的调控机理。然后利用半导体制造工艺技术制备了上述设计的常开型超表面器件。为了对其调制性能进行表征,利用THz时域光谱系统,对制备好器件的进行透射率测试;并与仿真得到的曲线进行对比分析,提出并实施了改善器件性能的方案。最后利用透射式太赫兹连续波测试系统对器件的调制速度进行测试,并分析了SiO2薄膜的加入对器件调制速度的影响。本论文设计的这两种常开型太赫兹可调超表面器件的插入损耗均小于等于2dB,最大调制深度都在90%以上,图形化VO2薄膜后调制器件的最大相位差为116°。从实验的测试结果中可以看到,测试曲线与仿真曲线变化趋势相同,完成了对仿真设计的验证。并通过排除硅衬底的影响,提升了器件的透射率。加入SiO2薄膜来改善VO2薄膜的电学性能,测试发现SiO2薄膜的加入可以提升器件的调制速度,为研制调制性能更好的太赫兹器件提供新思路。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 唐亚华

导师: 文岐业

关键词: 太赫兹,二氧化钒,超表面,可调谐,调制器

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 电子科技大学

分类号: O441.4

总页数: 81

文件大小: 5295K

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