基于超材料的太赫茲濾波器研究.pdf

1、超材料是一種人工合成的、具有周期性元胞結(jié)構(gòu)的材料，通過合理的設(shè)計(jì)其單元結(jié)構(gòu)的尺寸或形狀，能夠?qū)崿F(xiàn)各種奇異的電磁現(xiàn)象。鑒于超材料的這一特點(diǎn)，它被廣泛應(yīng)用于隱身斗篷、負(fù)折射率、超透鏡等研究領(lǐng)域。由于基于超材料的太赫茲波器件在太赫茲成像、光譜以及生物傳感等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景，因此基于超材料的太赫茲功能器件如太赫茲濾波器、太赫茲傳感器、太赫茲吸波器、太赫茲調(diào)制器等引起了人們強(qiáng)烈的研究興趣。深入研究能夠滿足實(shí)際應(yīng)用需求的太赫茲功能器件，必將推

2、動太赫茲技術(shù)的飛速發(fā)展。
　　本文對基于超材料的太赫茲濾波器結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對其透射光譜的傳輸特性進(jìn)行研究，主要的研究內(nèi)容包括:
　　1.提出了兩種以非對稱雙開口環(huán)諧振器(ADSRR)為基本單元的新型高品質(zhì)因數(shù)太赫茲超材料結(jié)構(gòu)。通過對所提出的超材料結(jié)構(gòu)的透射光譜進(jìn)行數(shù)值仿真，結(jié)果表明，一個(gè)具有高品質(zhì)因數(shù)Q的束縛模諧振和一個(gè)具有相對較高品質(zhì)因數(shù)Q的混合模式諧振被激發(fā)出來。通過諧振頻率處的表面電流分布，分析了束縛模諧振和混合模式

3、諧振的產(chǎn)生機(jī)理。通過改變其單元結(jié)構(gòu)的開口位置和水平金屬微帶線間的垂直距離可以調(diào)節(jié)兩個(gè)諧振響應(yīng)的品質(zhì)因數(shù)和中心諧振頻率。通過對結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，第一種超材料結(jié)構(gòu)得到的束縛模式最高品質(zhì)因數(shù)約為40，近似為對稱結(jié)構(gòu)中偶極子諧振品質(zhì)因數(shù)的13倍;混合模式諧振的品質(zhì)因數(shù)最高約為16，為對稱結(jié)構(gòu)中偶極子諧振品質(zhì)因數(shù)的5倍。而第二種超材料結(jié)構(gòu)得到的束縛模式最高品質(zhì)因數(shù)約為38，也近似為對稱結(jié)構(gòu)中偶極子諧振品質(zhì)因數(shù)的13倍;混合模式諧振的品質(zhì)因數(shù)最高

4、約為18，為對稱結(jié)構(gòu)中偶極子諧振品質(zhì)因數(shù)的6倍。在此基礎(chǔ)上，引入諧振響應(yīng)的優(yōu)值FOM的概念，并對其進(jìn)行了詳細(xì)的分析，實(shí)現(xiàn)了諧振的高品質(zhì)因數(shù)與諧振強(qiáng)度的有效折中。
　　2.提出了一種以金屬-電介質(zhì)-金屬(MDM)為基本單元的具有超寬阻帶的太赫茲濾波器結(jié)構(gòu)。對所提出的超材料結(jié)構(gòu)的透射光譜進(jìn)行仿真，數(shù)值結(jié)果表明，該MDM超材料結(jié)構(gòu)在太赫茲頻段激發(fā)出一個(gè)具有平坦底部的超寬阻帶諧振響應(yīng)，其響應(yīng)的3-dB帶寬為0.56 THz，阻帶左側(cè)邊緣的