基于介质谐振器的太赫兹超材料器件研究

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太赫兹波由于在电磁频谱中表现出特殊的物理特性,如大带宽、较低的光子能量、良好的穿透性及高光谱分辨率,在太赫兹成像与传感、材料表征、空间科学与通信等领域具有广阔的应用前景。具有众多优点的太赫兹技术极大促进了诸多太赫兹器件的发展,如滤波器、吸波体、天线、调制器、移相器等。介质谐振器由于其独特的优点,如体积小、易于激发、良好的商用性能等,可用于基于介质谐振器的太赫兹器件的研究中。目前在这一方面的研究不多,但随着太赫兹技术的发展,频率越来越集中,未来的太赫兹器件将趋向于介质器件方向发展。因此本文开展了基于介质谐振器的太赫兹超材料滤波器和吸波体的研究,主要内容如下:(1)用柔性聚二甲基硅氧烷作为基板,在中空圆柱形钛酸钙谐振器中填充向列相液晶,使用多个谐振器的方式,提出一种适用于高温、高频、大功率环境下的全介质多频带太赫兹滤波器。通过改变结构参数研究该滤波器的传输频谱;与此同时,从有效介质理论和谐振器理论两个方面深入探究其滤波机理;此外,研究发现,整体或者局部改变向列相液晶的介电常数可以整体或者局部地调谐其谐振频率。(2)在以上工作的基础上,提出一种基于介质谐振器的太赫兹可调吸波体。该器件在上述滤波结构的基础上,添加一层理想电导体层防止透射,并在谐振器和基板之间构建一层光敏硅层。由于光敏硅的电导率随光照强度的增大而增大,从而在不同光照条件下实现吸波体的吸收率可调谐。研究发现,当光敏硅电导率达到1.5×10~4S/m时,吸波效果最佳,同时,对其吸收率的影响因素和吸收机理进行分析与讨论。(3)结合水谐振器和具有高介质损耗的聚酰亚胺容器来实现一种柔性、光学透明的全介质宽带超材料吸波体。该吸波体的结构对称性使其对入射波的极化不敏感,且在TE和TM两种模式下对入射波的入射角具有较大的包容性。此外,详细研究了结构形状及几何尺寸对吸波性能的影响,并从阻抗匹配和谐振器理论两个角度深入探讨了该吸波体的吸收原理。
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