基于VO2的超宽带高调谐太赫兹超材料吸波体研究

来源 :武汉纺织大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:flexhansen
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超材料具备超常的物理特性,在处理电磁波方面具有前所未有的灵活性,可以填补所谓的“太赫兹间隙”(“THz gap”)。电磁超材料的优越性能,使得专家学者们对其吸波性能的研究也产生了很大的兴趣,在超材料吸波体中可通过调节其结构单元的介电常数和磁导率来改变入射电磁波在超材料中的传播行为,从而达到调控的目的。二氧化钒(VO2)在68℃附近会由绝缘态相变成金属态,且伴随着电导率高达3至4个数量级的显著变化,介电常数和磁导率会随着电导率的变化而变化,所以将VO2应用在超材料吸波体中便可实现动态可调,具有很大的实际应用价值。本文选用具有相变特性的VO2作为研究对象,将VO2与超材料结构相结合,研究了一种基于VO2的超宽带高可调特性的太赫兹电磁超材料的吸波结构。主要研究内容包括以下两部分:第一个部分是VO2薄膜的制备,利用磁控及管式炉设备及基于实验室以往已有的实验结果,分别在不同的氧氩比和不同的衬底上做了对比实验来制备纯度较高的VO2薄膜,然后利用SEM及XRD对样品进行表征分析,最后得到制备较纯的VO2薄膜所需的参数为衬底是蓝宝石、衬底温度为575℃、溅射功率为120 W、溅射时间是1 h、O2:Ar=2:20及工作压强为0.8 Pa。第二个部分在制备VO2的基础上设计了一种基于VO2的太赫兹超材料吸波结构,分别从VO2的图形结构、VO2的图形结构的电导率(即相变特性)、VO2的图形结构层的厚度、SiO2介质层的厚度、底部Au层及入射角的角度等方面来进行研究。仿真得出在0.61至1.36 THz的频率范围内,超材料在±50°的场视野内保持其宽带吸收性能;数值证明了高吸收行为依赖于VO2的图形结构的特性,在0.2至2.0 THz频段内可实现高度动态调谐;VO2处在中间跳跃状态时,在1.73 THz下会出现完美吸收;并且证明了吸波情况对电磁波入射角也有依赖性,入射角接近70°时,TE(TM)极化入射波在0.6THz(1.4 THz)附近出现明显的附加吸收带。该超材料吸波体同时拥有超宽带和高可调谐的特性,此研究对太赫兹器件应用及发展具有很大的研究意义。
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