高Q值共振的太赫茲超材料研究.pdf

1、超材料是指一些依靠人工設(shè)計(jì)的周期性或非周期性排列的亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)單元以實(shí)現(xiàn)自然材料所不具備的電磁特性的結(jié)構(gòu)。超材料的奇異特性主要通過其對(duì)入射電磁波的共振響應(yīng)顯現(xiàn)出來，因此，高Q值（光譜的中心波長(zhǎng)/半高全寬）的共振是設(shè)計(jì)超材料所追求的重要指標(biāo)之一。超材料響應(yīng)的Q值與損耗有關(guān)，降低損耗是獲得高Q值共振的關(guān)鍵。本文對(duì)如何通過降低輻射損耗來提高超材料Q值進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)、加工了幾種高Q值的太赫茲超材料，并系統(tǒng)地分析了這些高Q值共振產(chǎn)生的物理機(jī)制。<

2、br>　　本文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)可以歸納如下:
　　1.對(duì)反射型的高Q值電磁誘導(dǎo)透明超材料進(jìn)行了研究。利用CST軟件仿真了超材料模型;利用近場(chǎng)耦合效應(yīng)分析了降低超材料輻射損耗和產(chǎn)生電磁誘導(dǎo)透明的原因;利用多光束干涉理論對(duì)反射相干增強(qiáng)光譜進(jìn)行了計(jì)算。設(shè)計(jì)、加工了一個(gè)反射型的電磁誘導(dǎo)透明超材料樣品，在0.865THz附近實(shí)現(xiàn)了高Q（≈43）值的反射電磁誘導(dǎo)透明輸出。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真和理論計(jì)算結(jié)果一致。
　　2.對(duì)太赫茲波段環(huán)

3、形偶極子超材料進(jìn)行了研究。設(shè)計(jì)、加工了一個(gè)雙層結(jié)構(gòu)的超材料并在0.42THz附近獲得了Q≈28的Fano共振輸出。分析表明，這一高Q值共振來自于同層結(jié)構(gòu)的近場(chǎng)耦合相干增強(qiáng)效應(yīng)和層間混合模效應(yīng)的共同作用。通過磁場(chǎng)分布圖和多偶極子散射計(jì)算驗(yàn)證了該高Q值共振是一個(gè)環(huán)形偶極子共振。討論了影響環(huán)形偶極子共振輸出穩(wěn)定性的因素，確定了金屬結(jié)構(gòu)表面上的15微米厚的聚酰亞胺涂覆層是使得環(huán)形偶極子具有穩(wěn)定共振響應(yīng)的原因。
　　3.進(jìn)行了多波長(zhǎng)高Q值太

4、赫茲超材料的研究。設(shè)計(jì)了一個(gè)由兩種不同尺寸的非對(duì)稱開口諧振環(huán)組成的超材料，該超材料在0.268，0.418，和0.560THz處有三個(gè)Fano共振，Q值依次為33，42和25。利用非對(duì)稱開口諧振環(huán)的Fano效應(yīng)、近場(chǎng)耦合效應(yīng)和混合模理論分析了這三個(gè)高Q值Fano共振產(chǎn)生的原因。在此基礎(chǔ)上，討論了通過調(diào)節(jié)非對(duì)稱開口諧振環(huán)的尺寸，在超材料中實(shí)現(xiàn)超高Q值共振或方便地控制共振能級(jí)之間能量躍遷的可能。
　　4.進(jìn)行了基于超材料的雙波長(zhǎng)高Q值