基于亚波长结构的宽带太赫兹吸收器研究

论文摘要

亚波长结构是一种通过人为设计结构尺寸或阵列分布自由调控电磁波的特殊结构,具备自然材料无法获得的优越性能。太赫兹波由于其具有能量小、脉冲短、对人体损伤小等许多独特的优势,被广泛应用在通信、探测、成像、隐身等领域。基于亚波长结构的太赫兹吸收器就是应用于电磁探测和隐身领域的重要器件之一。目前研究的太赫兹吸收器普遍存在吸收带宽窄、加工方式复杂、对入射角敏感等问题,针对这些情况,本文开展了如下工作:（1）针对吸收带宽窄的问题,本文基于亚波长结构设计了一种超宽带太赫兹吸收器并完成实验验证。设计了一种具有不同周期尺寸的双层二维光栅结构使得等效折射率在自由空间与基底折射率之间形成梯度分布,实现界面处的阻抗匹配,从而在0.77-5 THz范围获得宽带吸收。采用SU-8介质光刻胶覆盖整个光栅结构,使得等效折射率以更小的间隔值分布,将吸收频段拓展到0.44-10 THz,相对带宽达到183%。针对该吸收器,本文基于传统光刻法设计了一种简单的加工工艺流程,完成了高质量太赫兹吸收器样品的制备。样品的吸收谱测试结果表明吸收率在87%以上的带宽为0.3-10 THz,验证了吸收器的超宽带太赫兹吸收性能。吸收器的大角度仿真结果表明,在吸收率不低于90%的情况下对TE模式的角度容忍度为30°,而TM模式达到70°。（2）基于线性、抛物线型、悬链线型分布的结构轮廓设计了三种太赫兹宽带吸收器,其等效折射率呈连续分布。与等效折射率离散梯度取值的太赫兹吸收器相比,仿真结果证明等效折射率连续变化的太赫兹吸收器可以获得更好的阻抗匹配效果,在垂直入射条件下,三种吸收器较离散梯度分布的吸收器具有更大的相对带宽和更高的吸收率。此外,针对吸收器对入射角度敏感的问题,本文采用遗传算法对多项式型连续变化的等效折射率分布进行优化,并设计了一种大角度太赫兹宽带吸收器,仿真结果表明该吸收器在70°入射时仍具备优秀的宽带吸收性能。TE模式下,吸收率大于90%的带宽为0.54-5 THz,吸收率最高可达99.86%,较等效折射率离散分布的吸收器提高了至少30%。TM模式下,吸收率大于80%的带宽为0.61-5 THz。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 袁菁

导师: 李雄

关键词: 亚波长结构,太赫兹吸收,宽带,大角度,折射率分布

来源: 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)

分类号: O441

总页数: 85

文件大小: 4931K

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