基于MEMS工艺的多频带太赫兹波超材料器件的设计、制备与性能测试

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由于微加工工艺的快速发展,基于硬性衬底太赫兹超材料的研究报道非常多,但是为了解决非平面应用的限制,柔性衬底的太赫兹超材料的研究也日益增多。尽管,硬性和柔性衬底的太赫兹超材料的研究均已经取得了重要的研究成果,但是,硬性超材料的独立调控谐振频带的特性以及柔性超材料的弯曲特性研究都非常的少,因此关于此研究也就显得尤为重要。本文主要研究成果有:(1)设计了两种基于硅衬底的多频带连续可调的太赫兹波超材料器件,分别是基于MEMS工艺四个对称的圆弧状和线状“T”型悬臂梁。这两种超材料结构具有偏振无关的传输特性,可通过加热方式进行调谐。仿真结果表明随着夹角从10°减小到0°,两种结构的三个谐振频率在0.5THz到2.5THz范围内均出现红移现象,线形结构的超材料的谐振范围相对弧形结构的谐振范围均有红移现象。同时提出了xy轴独立调控的超材料器件,在TE和TM不同极化方式下具有对不同谐振频率独立进行调谐的新颖特性。所设计的超材料结构均在太赫兹器件的发展方面有着重要的应用。(2)在柔性PDMS衬底上制备了一种基于弯曲传感的多频带太赫兹超材料器件。实验和仿真结果表明了柔性超材料在0.51,1.34,1.72和1.81 THz处均出现谐振现象,且由不同阶的偶极谐振模式引起。该器件灵敏度为0.564 GHz∕%,且弯曲应变为ε=2.79‰时,第一个谐振处的频率和传输谱的相对强度分别变化了1.29%和31.95%。超材料的低频谐振曲率传感特性,在生物兼容特点的曲率传感方面具有潜在应用。(3)制备了基于parylene衬底的多频带极化无关的柔性太赫兹超材料器件。仿真和实验结果表明该器件在0.63THz和1.74THz处产生的谐振峰分别由LC谐振和偶极谐振机制引起。测试结果表明第一个谐振处的谐振频率及传输强度不随弯曲应变的变化而变化。该结构可用于生物传感与探测等实际应用。
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