光激发可开关多态太赫兹超材料吸收器的研究

来源 :山西大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:hantao2007
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超材料吸收器由于具有吸收率高、频带宽、厚度薄、质量轻、设计简易、易加工等优势,在微波、光波、尤其太赫兹波段备受关注。已有的研究表明,可通过合理地设计和优化超材料吸收器单元结构的形状、尺寸、排列方式等,使其等效阻抗与自由空间阻抗相匹配,实现对电磁波的近似完美吸收。最近几年,人们对超材料吸收器的研究逐渐深入,工作频率从微波波段到光频,从单频到多频甚至宽频带,性能上从追求更高的吸收率过渡到兼顾极化不敏感、宽入射角度等方面。为了满足实际应用需要,扩展吸收器的工作频段和范围,最近有关于可调谐或可开关超材料吸收器的研究成为一个热点。基于半导体材料的光敏特性,通过调节外部泵浦光的强度,可有效调节嵌入所设计结构中的光敏感半导体的电导率,从而实现频率和吸收率的可调谐。本论文以太赫兹吸收器为研究对象,提出了两种基于半导体材料的光激发可开关太赫兹吸收器,并仿真研究了其吸收特性和吸收机理。主要研究内容如下:1)基于半导体材料的光敏特性,通过在谐振器结构中嵌入半导体硅块,设计了一种光激发可开关单/双频太赫兹吸收器。通过改变硅块的嵌入位置,可在0.4 THz~1.4 THz频段获得两种不同形式的单/双频率可切换的吸收特性。通过分析所设计结构的等效电路以及谐振频率处的电场和电流分布,解释了该吸收器实现可开关吸收的机制。仿真分析发现,该吸收器具有极化不敏感、宽角度入射的优良特性。2)利用半导体材料硅和锗的不同光敏特性,通过巧妙地将硅和锗嵌入到超材料的单元结构的合适位置,设计了一种工作在0.6 THz~1.8 THz范围内的光激发可开关三态吸收器。通过在吸收器上施加不同波长的泵浦光,可分别控制硅块和锗块的激发状态,从而实现在双频/单频/单频三个状态之间的任意切换。同时,通过分析三个吸收状态时吸收峰频率处所对应的电场和电流分布解释了其吸收原理;最后研究了电磁波的极化和入射角度对吸收性能的影响。
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