基于可调材料的太赫兹波吸收性能的设计与研究

来源 :兰州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhaoqiangwudi
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太赫兹是一种新的、有很多独特性质的电磁波,太赫兹技术备受研究人员的重视,现如今,太赫兹吸收器的研究愈发火热。在过去的十几年中,电磁超材料吸收器迅猛发展,得到了诸如极化不敏感、多波长、超窄带和宽带等吸收优异的性能。但是,这些吸收器的共振频率很难进行同时调谐和其中一个频率单独调谐,除非改变结构的几何参数,由于超材料自身的谐振机理,且每种结构一旦加工完成,其性能往往是固定不变的,无法满足多种场景下的灵活吸波需求,所以这就需要在结构中加入可调谐的材料。本文主要研究设计了两种可调谐材料构成的太赫兹吸收器,一种是电可调的石墨烯吸收器,另一种是温度可调的半导体材料锑化铟吸收器,并利用这两种材料在有限时域差分法的软件对这两种材料构成的吸收器进行仿真计算,分别在太赫兹波段设计了电可调材料和温度可调材料的双频吸收器,实现了双共振频率的同时调节和每一个频率的单独调节:基于石墨烯(graphene)材料的电可调特性和在太赫兹波段表现的表面等离激元特性,分别设计了一种单频段和双频段石墨烯圆盘可调的太赫兹吸收器。单频段可调吸收器由一个石墨烯圆盘-介质-金属组成的三层结构,通过对石墨烯设置不同的化学势,可调节共振波长和吸收峰。双频段可调吸收器由两个石墨烯圆盘-介质-金属组成的三层结构,可实现了双共振频率和吸收峰调节,并且通过电磁场和表面电流分布图进一步解释两个吸收器的吸收机理,同时分析圆盘半径、介质厚度和斜入射对吸收谱的影响。通过对两个石墨烯圆盘同时设置不同的化学势以及保持一个圆盘化学势不变将另一个圆盘设置不同的化学势,分别实现了双频吸收器结构共振频率的同时调节和每一个频率的单独调节。基于半导体材料锑化铟(InSb)的温敏特性设计了锑化铟太赫兹双频吸收器,通过单个锑化铟圆柱吸收器的特性,设计了四个不同半径锑化铟圆柱组合的太赫兹双频吸收器,在两个共振频率下分别实现了阻抗匹配。在锑化铟温度不变时,实现了双频条件下近几乎完美的吸收,并根据仿真得出的电磁场和表面电流分布图进一步对吸收机理进行分析,同时对吸收器的结构参数和入射角度进行扫描并分析对吸收谱的影响。根据锑化铟温度可调的性质研究两个共振吸收频率的同时调节和每一个频率的单独调节,并通过仿真曲线图进行具体分析。最后简单地结合石墨烯与锑化铟材料,不仅实现了电和温度的双可调,还实现了单个共振峰粗调与细调以及多个共振峰带宽可调。
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