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介质结构太赫兹吸波器研究

介质结构太赫兹吸波器研究

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作者：杨龙电子科技大学

学位级别：硕士

太赫兹频段携带了丰富信息,且安全性高,其独特的性能展现出了极为可观的应用前景。本文主要研究了基于介质结构的太赫兹吸波器,传统的太赫兹吸波器大多数是实现单频带、多频带或者窄带吸收,其中有些是基于图案化石墨烯结构,该结构加工... 详细信息

太赫兹频段携带了丰富信息,且安全性高,其独特的性能展现出了极为可观的应用前景。本文主要研究了基于介质结构的太赫兹吸波器,传统的太赫兹吸波器大多数是实现单频带、多频带或者窄带吸收,其中有些是基于图案化石墨烯结构,该结构加工较为复杂,并且存在一定的边缘效应。基于介质结构的太赫兹吸波器能够实现几乎覆盖整个太赫兹波段的超宽带高性能吸收,解决了传统吸波器只能窄带吸收的窘境,其结构相对简单,大大减少了制作成本和时间。介质结构超宽带太赫兹吸波器件可以应用到军事隐身技术、能量收集、成像、调制器、通信和检测等多个应用研究领域。本文设出了几种介质结构太赫兹吸波器,并且对吸波器的吸波性能及其吸波机理进行了详细的分析与研究,主要内容如下:1、设计了一种基于介质加载石墨烯结构吸波器,将半椭球介质和单层石墨烯相结合,激发了多个离散石墨烯等离子体共振(GPRS)和连续多模法布里-珀罗共振,从而实现吸波器的超宽频带吸收。仿真结果表明,该吸波器实现了从2 THz到10 THz以上的超宽带吸收,带宽为8THz,平均吸光度为95.72%,相对带宽为133%。对其电场z分量图分析阐述了吸波机理,通过理论推导ω的表达式,其结果与仿真一致。同时,该吸波器具有入射角50°范围内优异的广角特性。2、在半椭球结构吸波器基础上,设计了一种具有旋转对称性的半球介质加载石墨烯结构吸波器,该吸波器实现了从0.85 THz到10 THz以上的超宽带吸收,带宽为9.15THz,平均吸光度为96.63%,相对带宽为168%。相比于半椭球结构,半球结构拓宽了低频段吸收且具有更强的吸收性能,吸收带宽提高了1.15THz,相对带宽提高了35%,平均吸收率也提升了0.91%。由于半球结构是旋转对称的,在TE极化波和TM极化波入射下,其吸收性能一致,具有极化不敏感特性。3、设计了一种科赫雪花分型结构吸波器,利用分型结构的宽度调制及腔体谐振,吸波器能够实现宽带吸收。仿真结果表明,该吸波器在0.75THz-4.05THz频段范围内超过90%吸收率,吸收带宽为3.3THz,相对吸收带宽可达137%。该结构在入射角50°范围内保持稳定吸收,同时具备极化不敏感特性。4、设计了一种加载防反射涂层科赫雪花分型结构吸波器,加防反射涂层的作用是减少反射、增强吸收,从而到达提高吸收率、拓宽频带的目的。仿真结果表明,该吸波器在0.9THz-6.4THz频段范围内超过90%吸收率,吸收带宽为5.5THz,相对吸收带宽可达150%。相比未加防反射涂层结构,带宽增加了2.2THz,整体吸收率也有较大的提升。该结构吸波器具有入射角度60°范围内不敏感特性及极化不敏感特性。5、设计了一种镂空科赫雪花分型结构吸波器,其镂空结构设计的作用是使电磁波能量引入镂空凹槽处及渗透到基板里进行消耗,从而达到提高吸波器的吸收率、拓宽频带的目的。仿真结果表明,该吸波器在0.6THz-10THz频段范围内超过90%吸收率,吸收带宽为9.4THz,相对吸收带宽可达177%。同样,该结构具有入射角度50°范围内不敏感特性及极化不敏感特性。6、掺杂硅掺杂浓度的改变也会影响吸波器的吸收性能,通过添加并改变泵浦光束的能量强度能够改变掺杂浓度,因此泵浦光束的引入使得吸波器可以动态改善吸收效果。

关键词：太赫兹介质结构吸波器超宽频带吸收

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