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中国新通信 2015年第5期17卷 95-95页

作者：罗婷高胜凯国家知识产权局专利局审查协作江苏中心

电磁超材料吸波器是基于超材料的电磁谐振吸收器,通过合理设计器件的物理尺寸及材料参数,能够与入射电磁波的电磁分量产生耦合,从而实现对入射到吸收器的特定频带内的电磁的吸收。随着科学的发展,电磁超材料吸波器应用于越来越多的领域... 详细信息

电磁超材料吸波器是基于超材料的电磁谐振吸收器,通过合理设计器件的物理尺寸及材料参数,能够与入射电磁波的电磁分量产生耦合,从而实现对入射到吸收器的特定频带内的电磁的吸收。随着科学的发展,电磁超材料吸波器应用于越来越多的领域,本文分类介绍了吸收器的结构和性能特点,最后对齐发展趋势作了探讨。

关键词：超材料吸波器电磁

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宽频带超材料吸波器的研究进展

科技风 2018年第28期 141-141页

作者：胡丹王可心张洁安阳师范学院河南安阳455000

基于超材料的完美吸波器具有广阔的应用前景,如电磁隐身、热成像、折射率传感器等。但由于金属或介质亚波长结构的共振特性,具有窄吸收带的吸波器阻碍它们在有宽带需求方面的应用,如军事隐身、光子探测、能量收集等。本文以宽频带吸波... 详细信息

基于超材料的完美吸波器具有广阔的应用前景,如电磁隐身、热成像、折射率传感器等。但由于金属或介质亚波长结构的共振特性,具有窄吸收带的吸波器阻碍它们在有宽带需求方面的应用,如军事隐身、光子探测、能量收集等。本文以宽频带吸波器为研究对象,着重介绍目前基于超材料宽频带吸波器的国内外研究进展。

关键词：超材料吸波器宽频带

基于双开口金属环的太赫兹超材料吸波体传感器

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物理学报 2022年第10期71卷 409-421页

作者：葛宏义李丽蒋玉英李广明王飞吕明张元李智河南工业大学粮食信息处理与控制教育部重点实验室郑州450001 河南工业大学河南省粮食光电探测与控制重点实验室郑州450001 河南工业大学信息科学与工程学院郑州450001 河南工业大学人工智能与大数据学院郑州450001

本文提出了一种用于生物样品检测的高灵敏度太赫兹折射率超材料吸波体传感器.该传感器由2个同心开口金属环组成,是一种多模谐振器.传感器在0.7—2.5 THz频率范围内具有2个独立可调的工作频段,即1.079 THz和2.271 THz,可观测样品在太赫... 详细信息

本文提出了一种用于生物样品检测的高灵敏度太赫兹折射率超材料吸波体传感器.该传感器由2个同心开口金属环组成,是一种多模谐振器.传感器在0.7—2.5 THz频率范围内具有2个独立可调的工作频段,即1.079 THz和2.271 THz,可观测样品在太赫兹波段的不同电磁效应.采用吸收特性、灵敏度等指标评估太赫兹传感器的性能,自由空间中的吸收率超过99.9%,具有较高的频率选择特性,灵敏度达到693.7 GHz/RIU,检测生物样品最小折射率变化量为0.004,传感性能较好.所提出的传感器使用低介电常数的柔性材料,具有生物相容性、便携性等优点,且在0°—60°斜入射角下及4%的制作误差内显示出高度稳定性.此外,通过乙醇-水混合物模拟实验,验证了传感器的检测效果.本文设计的传感器单元结构之间相互作用小、稳定、易制作,能够显著增强光与物质之间相互作用,在太赫兹高灵敏生物传感检测中具有广阔的应用前景.

关键词：太赫兹超材料吸波器生物传感器

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静电喷印技术在太赫兹超表面制备中的应用

红外与激光工程 2022年第2期51卷 144-149页

作者：封春节朱晓波吴杨慧傅晨常惠玉岳玉涛顾文华南京理工大学电子工程与光电技术学院江苏南京210094 江苏集萃深度感知技术研究所有限公司江苏无锡214115

近年来,太赫兹技术快速发展,基于超表面的太赫兹器件受到广泛关注,并已应用于太赫兹成像、光谱和生物传感等诸多领域。但太赫兹超表面器件的制备复杂且成本高,而静电喷印技术无需掩模版,成本低、精度高且易于在异形曲面上制作。基于静... 详细信息

近年来,太赫兹技术快速发展,基于超表面的太赫兹器件受到广泛关注,并已应用于太赫兹成像、光谱和生物传感等诸多领域。但太赫兹超表面器件的制备复杂且成本高,而静电喷印技术无需掩模版,成本低、精度高且易于在异形曲面上制作。基于静电喷印技术设计和制备了太赫兹吸波器,并利用太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)对样品进行了性能测试,实验与仿真结果基本相符,在0.098~0.353 THz频段内吸收大于90%。此外,还设计了太赫兹线极化转换器,在0.167~0.355 THz频段内的极化转换大于95%,相对带宽约72%,并分析了所设计样品的制备工艺条件,验证了静电喷印技术对于制备太赫兹极化转换器的可行性。研究成果表明,静电喷印技术在太赫兹超表面器件的制备中具有广泛的应用前景。

关键词：静电喷印技术太赫兹器件超表面吸波器极化转换器

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基于等离子体共振效应的太赫兹功能器件研究

基于等离子体共振效应的太赫兹功能器件研究

作者：李美坪山东大学

学位级别：硕士

太赫兹(THz)波具有低光子能量、频谱资源丰富、低时延性和强光谱分辨能力等特性,在高速通信、成像、生物传感等领域有着巨大的应用潜力。然而,推动THz技术系统化应用的功能器件仍处于研究的起步阶段。多功能、可调控、小型化的高性能器... 详细信息

太赫兹(THz)波具有低光子能量、频谱资源丰富、低时延性和强光谱分辨能力等特性,在高速通信、成像、生物传感等领域有着巨大的应用潜力。然而,推动THz技术系统化应用的功能器件仍处于研究的起步阶段。多功能、可调控、小型化的高性能器件的匮乏,极大地限制了 THz技术的发展。因此,THz功能器件的研发是目前的研究热点。表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)被提出后一直是研究的热点。除了可以克服衍射极限,SPPs还具有改善器件结构透射的特性以及增强光-物质相互作用的近场增强特性。借助SPPs独特的优势能够极大地加快THz功能器件的研发与应用进程。本文基于等离子体共振效应对多种THz功能器件开展了研究,主要工作如下:1、从理论分析、数学建模以及仿真验证入手,研究了一种基于高品质因子(Q值)Fano共振的THz等离子体波导传感器。在嵌入矩形腔的波导结构中引入金属壁,利用矩形腔和金属壁之间的相消干涉,激发了尖锐的Fano共振。Q值增大至225,提高了约60倍。凭借Fano共振峰对介电环境的高度敏感性,该传感器的灵敏度达到了 1.56 THz/RIU,品质因数(FOM)也提高至195。该传感器件为THz技术应用到生物传感领域提供了可能。2、设计了一种基于等离子体诱导透明(Plasmon-Induced Transparency,PIT)的可动态调控的THz波导型带阻滤波器。PIT由作为明模式的矩形腔和充当暗模式的环形腔之间的相消干涉引起的。对石墨烯调控时透射光谱呈现出单PIT转换至双PIT的现象,所以该THz滤波器具有阻带数目可动态切换的特性。此外,增加谐振器的数量可以进一步优化滤波器的性能。该滤波器拥有良好的频率可调性和大的透射调制深度,可以被用作开关、调制器等器件,同时在THz高速通信领域有良好的应用前景。3、实现了一种具有四个独立功能的THz超材料近完美吸波器,其对入射光偏振模式不敏感,而且在0°到60°的宽入射角范围内仍保持良好的吸波效果。首先,实现了对THz波单一频率的选择性完美吸收。第二,通过对结构的简单调整,在多个频率处实现了对THz波的完美吸收。第三,在1.2到2THz频率范围内实现了平均吸收率超过99%的宽带吸收。最后,实现了单频和宽带吸收的结合,极大地拓展了该吸波器的应用前景。

关键词： Fano共振太赫兹等离子体诱导透明传感器滤波器吸波器

基于微纳3D打印的太赫兹超材料吸波类器件研究

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基于微纳3D打印的太赫兹超材料吸波类器件研究

作者：李胜男西安交通大学

学位级别：硕士

太赫兹波具有高穿透、高带宽以及低光子能量等独特的性质,使其在电磁成像、高速通信、生物医学检测等领域具有重大的应用潜力。太赫兹超材料作为一种可以有效调控太赫兹波的器件而受到了科研界的广泛关注,由于超材料单元结构的特征尺寸... 详细信息

太赫兹波具有高穿透、高带宽以及低光子能量等独特的性质,使其在电磁成像、高速通信、生物医学检测等领域具有重大的应用潜力。太赫兹超材料作为一种可以有效调控太赫兹波的器件而受到了科研界的广泛关注,由于超材料单元结构的特征尺寸受限于亚波长尺度,太赫兹超材料器件的结构组成单元一般位于微米量级,其加工主要依赖于传统的微纳制造工艺,存在工艺步骤多、耗时长、费用高等问题。针对上述问题,本文基于微立体光刻3D打印技术及树脂模型金属化工艺,对新的太赫兹超材料制备工艺进行了详细的研究,针对不同结构类型的太赫兹电磁超材料制定了不同的制备工艺路线,论文的主要工作如下:首先,研究全金属型太赫兹超材料的制备工艺。通过微立体光刻3D打印技术制造超材料树脂结构,然后采用磁控溅射沉积镀膜工艺在打印出的树脂结构表面沉积连续金属镀层以完成超材料的制造。设计并通过制定的工艺制备了三维垂直U型环超材料吸波器,通过太赫兹时域光谱仪测试得出所加工的样品在0.8 THz处达到了96%的吸收和良好的品质因子,且与数值仿真相吻合,验证了加工工艺的有效性。高品质因子谐振使所制备的超材料吸波器具有应用于物质传感领域的潜力,通过乳糖和半乳糖粉末的传感实验验证了所提出的三维超材料的良好介质传感能力。其次,基于微流道液态金属填充工艺扩展了全金属型太赫兹超材料的制备方法。首先设计了交叉垂直U型太赫兹超材料并通过微纳3D打印技术打印微流道树脂模型,然后利用大气压力将液态金属填充至微流道中形成太赫兹超材料吸波器件,仿真与测试表明器件在太赫兹波段出现了高强度的谐振峰,验证了所提出的微流道填充工艺的有效性。然后,研究了独立图案型太赫兹超材料的制备工艺。通过将微立体光刻3D打印工艺和高定向性金属镀膜沉积工艺相结合来制造超材料,采用新工艺制备的样品具有谐振单元脱离平面的特征。首先通过典型的十字型单带吸波器验证了工艺的有效性,接下来分别设计并制备了十字型组合宽带吸波器和变形十字三带吸波器,实验和仿真都表明了两种器件具有良好的吸波效果。所制备的三种器件验证了所提出的工艺方法在不同场景下的普适性。最后,根据所提出的独立图案型超材料制备工艺研究了太赫兹频段的类电磁诱导透明效应。基于明模-暗模耦合模式设计了三维反射式太赫兹类电磁诱导透明器件,当明模结构发生偏移使器件的对称性被打破后,明-暗模之间的耦合通道被建立,器件的反射谱会在原本并不透明的位置出现透明的窗口。借助于三维结构的优势,通过调节偏置距离和明暗模高度可以调控反射光谱中的透明窗口。制备了两种偏置距离处于极限位置下的样品,通过实验测量验证了所设计器件的类电磁诱导透明效应。

关键词：太赫兹电磁超材料 3D打印吸波器制备工艺

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基于超材料的电磁屏蔽结构设计

基于超材料的电磁屏蔽结构设计

作者：李维旭大连海事大学

学位级别：硕士

电磁屏蔽是隔绝电磁干扰与电磁环境污染的有效手段,通过将入射电磁波反射或吸收以实现对目标物体的电磁保护。传统的电磁屏蔽材料为金属材料,如金属暗箱、法拉第笼等通过将被保护物体置于其中实现保护目的。但金属材料价格昂贵,体积庞大... 详细信息

电磁屏蔽是隔绝电磁干扰与电磁环境污染的有效手段,通过将入射电磁波反射或吸收以实现对目标物体的电磁保护。传统的电磁屏蔽材料为金属材料,如金属暗箱、法拉第笼等通过将被保护物体置于其中实现保护目的。但金属材料价格昂贵,体积庞大,在实际使用中笨重且不透光。轻质的屏蔽材料如金属织物、金属涂料等也无法解决透光性的问题。掺杂金属微粒的屏蔽薄膜能够实现电磁屏蔽与透光性的要求,但高屏蔽效能要求高浓度的金属微粒掺杂,导致其透光性大幅减弱。近年来,基于超材料的电磁屏蔽结构受到广泛关注。通过超材料结构的设计,能够实现在电磁屏蔽的基础上,满足透光性的需求及对入射波的调控。本文基于超材料,对电磁屏蔽结构展开研究及设计工作,具体内容包括:首先,分析了等效电路法及周期阵列的等效模型,为满足透光性及电磁屏蔽效能的要求,对十字金属网栅的屏蔽效能展开研究,分析了影响其屏蔽效能的结构参数,提出了金属网栅-介质基板-透明金属膜接地板的多层电磁屏蔽结构,实现了高频段电磁屏蔽效能的显著提升。发展了面向电磁超材料屏蔽特性的微结构拓扑优化方法。其次,针对电磁隐身等需要减小回波能量的要求,对具有吸波特征的超材料微结构进行设计,提出了吸波超材料微结构设计方法。建立了基于氧化铟锡薄膜的透光吸波结构,讨论了用以阻抗匹配的微结构拓扑优化设计方法,实现了6.6～16.6GHz的宽频吸收特性。建立了阻抗匹配层-频率选择层的级联模型,发展了吸透一体的吸波超材料设计方法,所提结构在吸波工作频率外提供了通讯窗口。第三,针对目标识别增强的背景需要,发展了基于拓扑优化的平面型逆反射超表面设计方法。建立了针对特定频率及入射角度入射波的二维超表面微结构拓扑优化模型,讨论了具有最高逆反射效率的微结构拓扑优化设计方法,仿真及实验验证了所提设计方法的有效性及通用性,进一步发展了具有四通道的双向各向同性逆反射超表面实现模型。最后,为解决实际应用中复杂曲面的屏蔽结构设计问题,提出了面向屏蔽薄膜的宏微观一体化设计方法。通过对复杂曲面离散聚类的分区方法,阐述了区域最优屏蔽结构的设计思路,建立了斜入射下的双层网栅拓扑优化结构模型,讨论了电大尺寸微纳结构的等效替代方法,建立了均匀介质屏蔽效能等效模型。

关键词：超材料电磁屏蔽吸波器逆反射拓扑优化

基于裂环和方形结构的太赫兹超材料谐振器及特性研究

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基于裂环和方形结构的太赫兹超材料谐振器及特性研究

作者：管梦成南昌大学

学位级别：硕士

太赫兹波处于电磁波谱中的特殊位置,具有许多独特的电磁特性,但是自然界中天然存在能与太赫兹波响应的物质相对较少。近年来超材料引起了人们的广泛关注,超材料的出现为人们利用和操控太赫兹波提供了新的方法,人们可以通过人为的控制结... 详细信息

太赫兹波处于电磁波谱中的特殊位置,具有许多独特的电磁特性,但是自然界中天然存在能与太赫兹波响应的物质相对较少。近年来超材料引起了人们的广泛关注,超材料的出现为人们利用和操控太赫兹波提供了新的方法,人们可以通过人为的控制结构的尺寸以及排列方式来设计出太赫兹波段响应的物质。目前,超材料被广泛应用于吸波隐身、电磁防护、滤波、传感、成像等相关领域,展现出非常重要应用的价值。本文围绕太赫兹电磁超材料进行了相关研究,提出了四种类型的太赫兹超材料吸波器和一种基于类电磁诱导透明的太赫兹超材料生物传感器,主要研究内容如下:(1)基于圆形裂环结构,采用平铺的方法设计了一种双频吸波器和四频吸波器,在TE模式下,双频吸波器两个吸收峰吸收率均超过99.9%,四频吸波器四个吸收峰吸收率均超过98.8%。基于圆形裂环和方形环结构,设计了一种偏振无关的四频吸波器和六频吸波器,偏振无关四频吸波器四个吸收峰吸收率均超过99%,偏振无关六频吸波器六个吸收峰吸收率均超过95%。(2)基于类电磁诱导透明提出了一种由方形切割线和圆形裂环谐振器组合的超材料生物传感器。该传感器通过明模式和暗模式之间的耦合,产生相消干涉,实现了类电磁诱导透明效应,在1.217 THz处出现透明窗口,有效降低了辐射损耗,其Q值高达16.1。该传感器表面分析物厚度超过14μm时,其共振峰偏移量达到饱和,在此情况下,当分析物折射率n从1增加到1.6时,得到该传感器透明峰的灵敏度高达281.25 GHz/RIU,对应的品质因数FOM为3.72。并通过实验进行传感器样品的制备,结果显示,实验结果在一定程度上与仿真结果具有一致性。

关键词：太赫兹超材料吸波器生物传感器电磁诱导透明

基于充盈状裂环和圆形闭环结构太赫兹超材料的共振耦合特性

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基于充盈状裂环和圆形闭环结构太赫兹超材料的共振耦合特性

作者：石文吉南昌大学

学位级别：硕士

超材料是一种人工复合材料,具有天然材料所不具备的一些独特电磁性质,其在太赫兹波段的应用中拥有许多独特的优势而被广泛地研究。本文基于超材料的特性设计了太赫兹多频吸波器、太赫兹宽带吸波器和圆形闭环共振器。仿真结果表明,基于... 详细信息

超材料是一种人工复合材料,具有天然材料所不具备的一些独特电磁性质,其在太赫兹波段的应用中拥有许多独特的优势而被广泛地研究。本文基于超材料的特性设计了太赫兹多频吸波器、太赫兹宽带吸波器和圆形闭环共振器。仿真结果表明,基于闭环结构设计的太赫兹超材料多频吸波器,对TE、TM两种模式的太赫兹波吸收不敏感。提出的三频吸波器在共振频率处的吸收率均达到99%以上,四频吸波器在共振频率处的吸收率均在98%以上,可以通过改变闭环结构的几何参数独立控制四频吸波器的共振频点。基于充盈状结构设计的太赫兹超材料宽带吸波器,通过单层平铺与多层堆叠方式,使得相近共振频率的吸收峰之间耦合,在TM模式下,实现对太赫兹波的宽带吸收。仿真结果显示,所设计的单层宽带吸波器90%以上吸收率的带宽为0.78 THz(2.71～3.49 THz)。在单层宽带吸波器基础之上,堆叠形成的双层宽带吸波器90%以上吸收率的带宽为1.66 THz(2.63～4.29 THz)。三层宽带吸波器90%以上吸收率的带宽为2.92 THz(2.64～5.56 THz)。所设计的太赫兹宽带吸波器可在太赫兹调制器、滤波器、隐身等领域中有潜在的应用价值。采用同心双圆环结构,设计了一种类电磁诱导透明超材料结构,用CST仿真并实验制备和测试。结果显示,在周期为88μm,圆环半径尺寸在26～41μm之间共振效应显著,共振处具有低透射率。通过两同心圆环明模和明模之间的耦合,该结构实现了类电磁诱导透明效应,在两透射谷间出现一个透明窗。另外,改变该结构的内环和外环半径,可以实现透射谷发生移动。

关键词：太赫兹超材料吸波器电磁诱导透明