平面型太赫兹环偶极子超材料研究

论文摘要

超材料自其问世以来一直受到广大科研工作者的关注,在许多领域有着广阔的应用空间。对太赫兹波段来说,太赫兹环偶极子超材料是太赫兹超材料技术的重要分支,然而目前对太赫兹环偶极子超材料的研究大多是基于复杂的三维立体结构,这给样品的加工和测试带来很大困难,一定程度上阻碍了太赫兹环偶极子超材料的实际应用。结构简单的平面型太赫兹环偶极子超材料具有易加工、结构灵活、谐振稳定以及与待测物结合性好等特点,使得基于超材料的太赫兹功能器件拥有更广阔的应用前景。因此,本文利用多极子散射理论、电磁仿真软件CST、光刻等加工工艺以及太赫兹时域光谱系统等表征手段对平面型太赫兹环偶极子超材料展开研究,详细研究了三种平面结构的太赫兹环偶极子超材料,内容如下:首先,从经典的开口谐振环的谐振特性入手,提出一种基于双开口谐振环的平面型太赫兹超材料,并对比研究了单层金属结构和双层金属结构超材料的电磁特性。发现在双层金属结构超材料中,环偶极子的散射能量以及其谐振的Q值均大于单层金属结构的,说明双层金属结构的超材料具有更强的环偶极子响应。其次,设计并实验加工了一种J型结构双频平面太赫兹环偶极子超材料。在其谐振谱中出现了2个相互邻近的谐振点,理论分析和定量计算表明2个谐振点均为环偶极子共振。同时,观察到了一个来自于两个相邻环偶极子谐振耦合激发出的明显的电磁诱导透明现象,并且通过法诺谐振模型对这种谐振透明曲线的成功拟合揭示了这种耦合效应。此外还研究了不同结构参数下超材料谐振特性的变化。最后,介绍了一种4谐振平面环偶极子超材料,其由非对称开口环耦合单元组成,并且研究了每个谐振展现出的共振机制,确定了4个谐振均为环偶极子谐振,谐振的Q值最高可达到20左右。此外,在谐振谱中,位于中间的两个重叠的谐振点耦合产生了电磁诱导透明效应,通过改变单元结构的尺寸参数研究了谐振的传感特性。这种高Q值以及高敏感性的多谐振平面太赫兹环偶极子超材料更有利于开发太赫兹传感器。我们的研究充实了平面太赫兹环偶极子超材料家族,为高性能太赫兹功能器件的设计开发和实践应用做出了有价值的探索。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王松

导师: 王爽

关键词: 太赫兹,超材料,环偶极子,电磁诱导透明,开口谐振环

来源: 天津职业技术师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,材料科学

单位: 天津职业技术师范大学

分类号: TB34;O441

DOI: 10.27711/d.cnki.gtjgc.2019.000034

总页数: 61

文件大小: 7882K

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