太赫兹石墨烯超材料器件的设计、制备和应用研究

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太赫兹(THz)波介于微波和红外波段之间,具有能量低、穿透性强、频带宽等优点。因此,对于THz功能器件的需求也越来越紧迫。超材料是由人工设计的亚波长结构单元组成,具有自然材料所不具有的超常物理特性的人工电磁材料。超材料的出现促使了THz传感、探测和功能器件的发展。但是传统的THz超材料器件大都采用光刻等工艺进行制备,加工过程复杂且成本较高,极大的制约了THz超材料器件的发展。本论文针对上述问题,引入激光诱导工艺,将其应用在THz超材料器件的加工领域,设计制备了基于激光诱导石墨烯(LIG)的THz超材料带阻滤波器。此外,结合温敏胆甾相液晶胶囊(CLCM)设计实现了一种多功能可视化THz探测器。本文首先介绍了LIG的制备方法,表征了LIG的微观形貌及本征信息,重点研究了不同激光参数下LIG材料的电导率及其在THz波段的透射特性,通过仿真和实验初步表征了LIG电导率与THz透射率之间的线性关系,证明LIG材料在THz波段的适应性。然后设计了一款单元结构为圆盘状的THz超材料滤波器,优化单元结构的各个参量,确定加工参数。利用激光诱导法对设计的基于LIG的THz超材料带阻滤波器进行制备,实验结果表明该款滤波器在0.67 THz处存在一个调制深度为63%的带阻滤波峰,滤波器的滤波带宽~0.11 THz,Q值为6.09,仿真和实验的总体曲线趋势保持一致。此外,当滤波器处于不同的弯曲条件下,滤波性能没有出现太大的变化,具有较好的稳定性。最后,对一种温敏的CLCM进行了简要介绍,将CLCM与LIG结合对微观温度进行了可视化探测,证实了LIG具有良好的的导热性能。随后提出一种多功能可视化THz探测器结构,结合CLCM和LIG对THz功率进行可视化定量研究,并初步实现对THz波分频探测的目的。基于LIG的THz超材料器件成本低廉、制备简单,对未来THz超材料功能器件的制备与发展具有重要的现实意义。
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