【摘 要】
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太赫兹功能器件是太赫兹各应用系统的基础,而太赫兹吸收器是太赫兹系统关键器件之一,已成为学者研究热点。本文着重研究可调谐太赫兹超材料吸收器,利用二氧化钒(VO2)与石墨烯两种材料设计出性能优良的可调太赫兹超材料吸收器。主要研究内容如下:(1)提出一种多缺陷组合嵌入VO2薄膜结构的可调太赫兹吸收器,它由上表面金属图案层、基体和底层金属板三层结构组成,在上表面金属图案层和基体之间嵌入二氧化钒介质。该吸收
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太赫兹功能器件是太赫兹各应用系统的基础,而太赫兹吸收器是太赫兹系统关键器件之一,已成为学者研究热点。本文着重研究可调谐太赫兹超材料吸收器,利用二氧化钒(VO2)与石墨烯两种材料设计出性能优良的可调太赫兹超材料吸收器。主要研究内容如下:(1)提出一种多缺陷组合嵌入VO2薄膜结构的可调太赫兹吸收器,它由上表面金属图案层、基体和底层金属板三层结构组成,在上表面金属图案层和基体之间嵌入二氧化钒介质。该吸收器在4.08THz和4.33THz处吸收率分别为99.8%和99.9%。改变外界环境温度控制VO2从绝缘态向金属态转变,可使两个频点吸收率从99.8%变化到1.0%。在入射角0~40°范围内,该吸收器在TE和TM两种极化波下吸收率均可达到98%以上。(2)提出一种田字结构嵌入VO2可调太赫兹吸收器,它由底部金属板、介质层和田字缺陷层自底向上依次组成,田字缺陷层由VO2十字架部分填充田字金属缺陷而形成。运用传输线模型对吸收器进行了计算分析。改变外界环境温度使VO2从绝缘态相变成金属态,该吸收器在2.18THz处吸收率从89.5%变为99.4%,在2.97THz处吸收率从95.4%变为99.8%。(3)设计了一种非对称双椭圆可调太赫兹吸收器,它由顶层图案化石墨烯、介电层和金属底板组成。在椭圆图案的基础上改变组合方式提高了吸收带宽,对结构参数进行扫描分析得到吸收器最优参数尺寸,计算结果表明该吸收器在3.39~5.96THz之间吸收率均达到90%以上,吸收带宽为2.57THz。在TE模式下,入射角0~40°范围内吸收率保持在90%以上。(4)设计了一种半圆形全石墨烯超材料可调太赫兹吸收器,其结构自上而下分别为图案化石墨烯层、介质层与金属板。当石墨烯化学势能在0.6e V时,在TE和TM偏振下,吸收器在7.22~11.18THz之间吸收率达到90%以上,带宽达到3.96THz。此外该吸收器在入射角0~40°范围内变化,TE和TM偏振下保持良好吸收率和稳定的吸收带宽。综上所述,设计的四款太赫兹吸收器,通过改变外部条件能实现吸收器性能可调谐,可在通信、传感等领域具有广阔的应用前景。
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