基于VO2电阻膜的太赫兹波段可调超宽带超材料吸波体设计

利用VO_2(二氧化钒)薄膜的电导率可调特性设计了一种太赫兹波段可调超宽带超材料吸波体.首先,模拟计算了不同温度时吸波体的吸收率,结果表明,当温度为45℃时吸波体在2.854 THz～8.938 THz的吸收率保持在90%以上,实现了电磁波的超宽带吸收;当温度从45℃逐渐增加到80℃时,吸波体在2.854 THz～8.938 THz的吸收率逐渐下降,实现了吸收率可调的功能;其次,通过对表面电流分布进行监控与分析,阐述了其电磁波宽带吸收及吸收率可调的机理;最后,模拟分析了温度为45℃时,入射波极化状态和入射角度对吸波体吸收特性的影响.结果表明,由于结构单元的旋转对称性,吸波体的吸收特性具有极化不敏感的特点;随着电磁波入射角度的增大,其吸收率逐渐降低.     

基于Dirac半金属和水的宽带太赫兹吸波体

本文提出了一种基于体Dirac半金属(BDS)和水的太赫兹(THz)双可调谐宽带超材料吸波体.与传统的单控吸振器不同,此吸波体可以通过温度和费米能级进行调节.模拟结果表明,当水和BDS的温度和费米能级分别调整在15℃和30 meV时,吸波体在2.97～6.11 THz频率范围内吸收率均大于90%.与没有注入水或没有BDS组件的吸波体相比,吸收率在90%以上的带宽有了明显提高.此外,通过调节水的温度或BDS的费米能量,吸波体的吸收带宽和强度可以独立或联合控制,而无需重新设计器件.利用水的介电常数可通过温度来调节的特性,以及BDS可通过费米能量来控制的特点,我们解释了双控吸波体的作用机理.本文采用场分析的方法来研究和阐明宽带吸收的物理机理.基于此吸波体优异的性能,本文的研究结果可能在热探测器和太赫兹成像领域有潜在的应用价值.     

宽带/双频可切换的石墨烯太赫兹吸波器设计

设计了一款宽带/双频可切换的石墨烯太赫兹吸波器，该吸波器由周期性单元结构组成，包含石墨烯层、介质层和金属层.通过调节石墨烯的化学势，吸波器可以实现宽带吸收与双频吸收模式之间的切换.吸波器在宽带模式下0.98～1.51 THz频率区间内的吸收率达90%以上；双频模式下频率为1.35 THz和1.75 THz的吸收率分别为98.65%和99.60%.此外，该吸波器在0°～45°入射角范围内均能保持较好的吸波性能.     

基于狄拉克半金属超材料的太赫兹吸波体研究

设计了一种基于狄拉克半金属的超材料太赫兹宽频及双频吸波体.该吸波体由三层结构组成,上层为狄拉克半金属层,中间为介质层,底层为金属基底.首先设计了U型的单峰吸波体,该吸波体能够实现在6.02THz处的完美吸收.通过研究单峰吸波体的表面电流分布可知,入射太赫兹能量的吸收主要来自沿U型臂方向上电场引起的电偶极子振荡.然后通过多个吸收峰叠加扩展带宽的原理,设计出了双频和宽频吸波体.仿真结果表明,本文设计的双频吸波体能够在5.33THz和5.86THz处实现94.7%及91%的吸收率,宽频吸波体在5.59THz到5.90THz之间吸收率可达90%以上.同时,利用狄拉克半金属电导率的可调节性,通过改变狄拉克半金属的费米能级,无需优化几何结构和重新制造结构,便可以实现共振吸收峰频率的动态调谐.     

基于狄拉克半金属及氧化钛酸锶的双调控THz吸波体研究

提出了一种由狄拉克半金属贴片阵列、氧化钛酸锶介质层和金属接地板组成的温度和费米能量双调控的太赫兹(THz)吸波体.计算结果表明,将狄拉克半金属的费米能级从10 meV调至40 meV,吸收频率在2.36～2.42 THz之间变化,吸收峰大于99%.当氧化钛酸锶的温度在200～350 K之间时,吸收中心频率从1.86 THz增加到2.58 THz.此外,计算了吸收率随角度θ和φ的变化情况.为了解释THz波吸收机理,还探讨了在吸收频率处的电场分布和功率损耗密度分布.     

基于VO_2相变原理的多频谱可调超材料吸波体设计

利用二氧化钒(VO_2)绝缘体相-金属相的相变特性,将VO_2与超材料吸波体相结合设计了一种多频谱可调超材料吸波体.采用CST Microwave Studio软件对其在太赫兹波段和红外波段的吸收率曲线进行仿真模拟,仿真结果表明,当温度设置为高温状态(80℃)时,VO_2表现为金属相,此时在太赫兹波段表现为超吸收的特性;而当温度设置为低温状态(40℃)时,VO_2表现为绝缘体相,此时在红外波段表现为超吸收的特性;随后分别仿真模拟了VO_2为金属相时VO_2十字架臂长和VO_2为绝缘相时金属十字架臂长对吸波体吸收特性的影响;最后对该吸波体表面电流分布及内部的空间电场进行仿真与分析,并阐述了其电磁吸波及多频谱可调的机理.最终结果表明该超材料吸波体可以通过改变温度分别实现对太赫兹波段和红外波段的超吸收,在多频谱隐身、多频谱探测和多频谱通信等领域具有潜在的应用价值.     

基于分形结构的太赫兹超材料吸波体

基于分形结构在太赫兹频段设计了一种超材料吸波体,发现该吸波体出现双频点吸收现象.仿真研究了衬底厚度对吸波体吸收率的影响,调节衬底厚度可以实现吸波体与自由空间的近似阻抗匹配.第一谐振点A在衬底厚度为5.4μm时的吸收率最高,第二谐振点B在衬底厚度为1.4μm时的吸收率达到99.9%.随着分维数的增加,谐振频点B逐渐向高频移动,吸收效率几乎保持不变.仿真结果表明,通过调节分维数,可以设计不同频点的吸波体.对双层结构和三层结构进行仿真优化,设计了宽频带吸波体.     

基于超表面的宽带太赫兹热释电探测器设计

为了解决传统太赫兹（THz）探测器吸收效率低,频率范围小的问题,提出将双层超表面吸收阵列结构与钽酸锂热释电探测器相贴合,构成宽带太赫兹超表面热释电探测器。采用MATLAB和CST联合仿真的优化方法对超表面结构进行按需优化;使用ANSYS对热释电探测器进行仿真分析,得到敏感层、绝热层等特征参数对太赫兹热释电探测器的温度变化率以及响应电流的影响。结果表明,采用超表面阵列结构提高了全THz波段的探测性能,凳型热释电探测器在给定条件下的平均热释电电流输出为31.52 pA。使用超表面作为吸收结构可以使热释电探测器具有连续且高效的吸波特性,为宽带太赫兹探测器的设计提供参考。     

基于石墨烯光电特性的超宽带可调超材料吸波体设计

利用石墨烯的电导率可调特性设计了一种超宽带可调超材料吸波体。模拟计算了不同石墨烯费米能级时吸波体的吸收率,结果表明,当石墨烯费米能级为0.7 eV时,吸波体在1.74 GHz ~10.44 GHz 的吸收率保持在90%以上,实现了电磁波的超宽带吸收;当改变外加电压使石墨烯的费米能级从0.7 eV逐渐减少到0 eV时,吸波体在1.74 GHz~10.44 GHz的吸收率逐渐下降,其调制深度可达53.8%,实现了吸收率可调的功能;通过对表面电流分布进行仿真与分析,阐述了其电磁波宽带吸收及吸收率可调的机理;模拟分析了石墨烯费米能级为0.7 eV时,入射波极化状态和入射角度对吸波体吸收特性的影响,结果表明,由于结构单元的旋转对称性,吸波体的吸收特性具有极化不敏感的特点;随着电磁波入射角度的增大,其吸收率逐渐降低。     

基于二氧化钒的可调双宽带太赫兹超材料吸收器

基于VO₂的相变特性提出一种具有双宽带特性的太赫兹超材料吸收器,包括对角放置的VO₂图案层、电介质层以及金反射层共3层结构。对吸收器的结构建模、吸收效果及吸收特性等进行了仿真分析,仿真结果表明,所设计吸收器吸收率大于90%的两个带宽分别为0.73 THz和0.6 THz。在通过热控制诱导VO₂从绝缘态到金属态的相变过程中,吸收率分别在31%～93.1%和30%～95.2%之间实现连续可调。另外,通过研究不同偏振角及入射角下所设计超材料吸收器的吸收性能发现,该吸收器具有偏振无关、偏振不敏感以及大入射角吸收特性。所设计吸收器有望在如太赫兹通信、成像和探测器等利用太赫兹波段领域得到广泛应用。     

基于平行金属线的太赫兹准全向超材料吸波体

该文基于平行金属线设计了一种具有准全向吸波特性的太赫兹超材料吸波体,其准全向吸波特性是通过提高超材料的结构对称性实现的.理论和仿真结果表明:随着超材料结构对称性的提高,超材料吸波体的极化敏感度逐渐降低直至达到任意极化吸波.仿真的不同入射角下的吸收率与表面电流分布表明:平行于介质基板的磁场分量在平行金属线之间激发的反向平行电流导致了结构的电磁谐振,因而在极宽的入射角下该超材料吸波体仍能对电磁波进行高效吸收.提取的等效阻抗实部表明:可以通过调节基板两侧金属线的尺寸,来实现吸收频率处超材料吸波体一侧与自由空间近似阻抗匹配,另一侧与自由空间阻抗不匹配,从而使得反射和传输同时最小、吸收最高.仿真的能量损耗分布表明:该吸波体的强吸收主要源于基板的介质损耗.该太赫兹吸波体可能在爆炸物探测和材料识别等领域具有广泛的应用.     

太赫兹波段树枝状三维各向同性左手材料设计及特性研究

基于微波段二维树枝状左手材料的设计思想,设计了太赫兹波段的三维各向同性左手材料结构单元模型.采用金属Drude模型,运用等效媒质理论,仿真模拟了结构单元的电磁响应特性,计算了结构单元的有关电磁参数,分析了其缺陷效应和吸波特性.结果表明折射率在太赫兹波段1.17¹.38 THz之间为负值,并通过模拟负折射验证了其左手特性;在缺陷严重情况下,其左手特性将消失;通过对模型进行改进,在1.47 THz处出现了一个吸收峰,吸收率高达98%.该模型结构简单,研究结果为采用自上而下的方法制备三维太赫兹波段左手材料指出了途径.     

鱼刺状宽带超材料吸波体设计研究

实现宽带吸收是超材料吸波体研究面临的主要问题之一.基于此设计了鱼刺状宽带超材料吸波体,采用商业电磁仿真软件Microwave studio CST对超材料吸波体的吸收性能进行了计算和分析,结果表明设计的鱼刺状超材料吸波体可以在较宽的频率范围内实现电磁波的高吸收,在89.68~94.36GHz之间吸收率保持在90%以上.结构单元具有简单、较容易制备等优点.     

基于石墨烯的低频段多功能的超材料吸波体设计

基于石墨烯的光电特性设计了一种光学透明、柔性和宽带可调的低频段超材料吸波体,同时采用商业电磁仿真软件CST Microwave studio对不同石墨烯费米能级下吸波体的吸收特性进行了计算.结果表明:当石墨烯费米能级为OeV时,吸波体在600 MHz～1 GHz的范围内其吸收率超过了90％;改变电压可以改变石墨烯的费米能级,从而可以调节其吸收率.此外,通过仿真证实,吸波体具有极化不敏感和宽入射角度的吸收特性,同时,其也具有吸收率高、柔性、可见光透明和宽带可调等优点,因此其在低频段电磁隐身、探测和传感等领域具有潜在的应用价值.     

三维狄拉克半金属的太赫兹双频超材料吸收器

基于三维狄拉克半金属（3D DSM）的载流子迁移率高、可调谐性好的优点,开展了太赫兹波可调谐双频吸收器（THz MMA）的研制工作.研究表明,通过破坏微结构的对称性,THz MMA可以在太赫兹波段实现近似完美吸收,并且随着非对称度的增加,吸收峰从1.322 THz蓝移至1.721 THz,调制深度为23.2%,共振峰Q因子接近20.此外,通过改变费米能级,3D DSM吸收器的共振谱线可以在很大范围内调节,如费米能级在0.05~0.15 eV内变化时,低频（高频）吸收峰在0.826~0.993 THz （1.098~1.371 THz）内调节,相应的调制深度为17%（20%）.该研究结果对于设计高性能的太赫兹波器,如探测器、滤波器、传感器件等很有帮助.     

GaP晶体辐射太赫兹波物理机制的理论研究

基于耦合场量子的角度研究GaP晶体辐射太赫兹波的物理机制,报道了一种分析非线性光学晶体产生太赫兹波的方法。GaP晶体产生太赫兹波的物理基础在于它的耦合场量子色散曲线。采用了密度泛函理论,并结合耦合量子色散关系,得到GaP晶体的耦合场量子色散曲线。当散射角为2°~11°时,色散曲线的一部分落在太赫兹频段（2.5~9.1THz）,表明了GaP晶体在理论上能够辐射出频率范围为2.5~9.1THz的宽带太赫兹电磁波。     

基于超材料的宽带吸波/透波一体罩设计

基于频率选择表面设计了一种具有透波功能的宽带超材料吸波体,首先模拟计算了吸波体的吸收率和透过率,结果表明,吸波体在4.572GHz～11.583GHz和14.604GHz～17.017GHz之间的吸收率达到了85%,在13.046GHz处的透过率达到了70%,同时具有宽带吸波和透波的功能;通过对其表面电流分布进行监控与分析,阐述了其电磁波宽带吸收和透波的机理.其次,模拟分析了入射波极化状态和入射角度对吸波体吸收特性和透波特性的影响,结果表明,由于结构单元的旋转对称性,吸波体的吸收特性和透波特性具有极化不敏感的特点,但是其对入射角度比较敏感.最后,模拟分析了其结构尺寸参数以及集总元件电参数对其吸收特性和透波特性的影响.     

基于超导检测器的太赫兹小型频谱检测仪

太赫兹(THz)波是有待进行全面研究开发的波段,在高灵敏的THz探测技术中,不仅要知道THz信号的功率,还要了解THz信号的频率和频谱,研制一种小型的THz频谱分析仪是开发太赫兹科学技术中不可或缺的.本文对高温超导双晶结中晶界对磁通流运动的诱导作用,超导检测器与THz波的相互作用进行了研究,利用超导约瑟夫森结对太赫兹波高灵敏的响应,通过Hilbert变换,研制出了超导小型THz频谱检测仪,并对多种太赫兹信号源进行了频谱测量.     

红外智能可调宽带超材料吸波体设计

设计了一种基于多开口同心银环的红外宽带超材料吸波体,在此基础上提出了基于电流变液的红外智能可调宽带超材料吸波体.采用Microwave Studio CST的频域有限元积分方法对结构单元的有关电磁参数进行仿真计算,结果表明结构单元在波长5.89um~6.4um之间吸收率保持在90%以上;将结构单元置于电流变液中,通过改变电流变液的外加电场强度可以实现吸收频带的智能调控.此外分析了宽带吸收产生的原因,探索了结构尺寸对其吸收特性的影响.该吸波体结构简单,容易制备,在红外辐射屏蔽、红外光谱检测和红外辖射探测等领域具有重要的应用价值.     

Terahertz磁波参量振荡器辐射THz波受温度的影响

从THz波增益、吸收系数、折射率几方面,讨论了THz电磁波参量振荡器辐射THz波受温度的影响,从而得到THz波增益随温度的升高而降低主要原因,是由于LiNbO3晶体中A1对称光学软模的拉曼活性降低所导致,这为今后太赫兹(THz)波参量振荡器的优化设计提供了参考价值.