基于PIT效应的太赫兹可调液晶超表面研究

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太赫兹波技术是国际公认的前沿技术领域,宽带性能够提升信息的容量、对于陶瓷、塑料等的透过性可支持其无损检测功能。由于太赫兹波的独特性能能够广泛应用于安全检测、医学成像以及通信技术(6G)等等,太赫兹技术已经成为研究人们的重点研究方向。超材料作为近几年的复合型材料,是一种人工构造的材料,是由金属结构单元周期性排列组成的,具有亚波长大小的共振响应,它能呈现出在自然界中其他材料不能实现的特殊属性。对于超材料来说,有着不同等效介电常数,等效磁导率,具有不同的电磁属性,可体现出对应的性能,能够解决在太赫兹波段相应材料匮乏的问题。在太赫兹波段中,通过采用超材料来完成对于等离子激元诱导透明(Plasma-induced transparency,PIT)的研究,在研究PIT效应领域中,较好的PIT效应透过率能够达到80%-90%,而在太赫兹波段对于PIT效应的透明窗口峰值的透过率普遍来说都较低。本文通过设计并模拟仿真超材料结构,获得在太赫兹波段的PIT效应,且通过调控参数获得较高的透过率。进而通过模拟仿真手段研究影响PIT效应的诸多因素。结合理论、模拟仿真和实验等手段,实现了该超材料结构对PIT效应的研究,通过模拟仿真研究了不同外加电压参数、不同结构尺寸参数、以及不同单元结构周期对PIT效应透明窗口的影响,展示了PIT效应特殊的调制效果。在太赫兹波探测、调控等领域有重要的意义。主要研究内容为:首先,通过COMSOL模拟仿真了一种基于明暗模式耦合的PIT效应,通过对导电金属双开口环和圆环的组成的超材料结构进行性能分析,分析这两个结构在太赫兹波段下的响应特性,以及这两个共振器之间的干涉情况。再通过实验验证模拟仿真的结果,对其进行相关性能的分析。其次,为了研究影响PIT效应的相关因素,通过调节外加电压的参数,控制液晶分子转向,从而控制折射率变化,影响太赫兹波的透过率,观察通过电控的方式对PIT效应透明窗口的调制效果,对不同电压下的太赫兹超材料的PIT效应进行分析。最后,通过COMSOL的模拟仿真,主要分析不同的单元结构周期、不同开口环开口大小对PIT效应透过率曲线线型的影响。通过数据模拟了不同的结构参数下的响应特性,在改变双开口环的开口大小时,能够观察到PIT效应的波形以及谷值没有明显的变化,能够体现出该结构具有一定的稳定性。通过改变单元周期的大小,发现PIT效应的波形图有着明显的频移情况,特别是PIT效应的谷值变化,展示了独特的调谐效果。
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