【摘 要】
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超材料是一种单元结构被人工设计成小于入射电磁波波长周期性排列的复合电磁材料,在亚波长尺度上提供了许多有趣的物理现象,类电磁诱导透(Electromagnetic induced transparency-like,EIT-like)效应具有减慢光速、光存储和传感等方面作用。本论文以构造了两种不同结构的类电磁诱导透明太赫兹超材料器件为出发点,制备了镂空哑铃型结构不锈钢超材料器件和线槽和方型环槽组合结
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超材料是一种单元结构被人工设计成小于入射电磁波波长周期性排列的复合电磁材料,在亚波长尺度上提供了许多有趣的物理现象,类电磁诱导透(Electromagnetic induced transparency-like,EIT-like)效应具有减慢光速、光存储和传感等方面作用。本论文以构造了两种不同结构的类电磁诱导透明太赫兹超材料器件为出发点,制备了镂空哑铃型结构不锈钢超材料器件和线槽和方型环槽组合结构不锈钢超材料器件,基于有限积分法对设计的器件进行数值仿真模拟,并对不锈钢超材料器件进行了加工与测试,并进一步系统地研究这些结构的设计方法、电磁特性和耦合机理。主要研究内容包括:(1)本文提出一种十字型破坏结构对称性以实现太赫兹波段类电磁诱导透明现象的超材料谐振器。通过对该结构的透射光谱及表面电流分布,揭示了该超材料是极化敏感材料,两个线谐振器内部LC谐振转移实现两个激发路径的相互干涉,破坏结构的对称性产生的明模式和暗模式之间耦合导致了类EIT效应,最后利用光刻工艺技术完成该器件的制备,对该谐振器在太赫兹时域光谱系统测试,对该器件传感作了理论分析,获得最大频移量20 GHz,透射峰的Q值为10.1。(2)本文提出了一种工字型结构与螺旋环型结构组合类EIT太赫兹超材料谐振器。利用电偶极子模式和磁偶极子模式相互耦合,对该结构的明模谐振器、暗模谐振器进行单独及组合数值计算了光谱特性,并从表面电流分布角度研究了两种单元结构产生类EIT现象的物理机理,分析了入射波的电磁响应特性,得到透射峰的Q值为16,相对于上节而言提高了Q值。(3)本文采用激光镂空工艺技术制备镂空哑铃结构不锈钢超材料谐振器,利用制备出来的器件检测空气、水、乙醇物质的微弱信号变化,证明了不锈钢超材料谐振器可作为检测生物信号变化的传感器件,该研究对于集成化的生化传感器件应用具有指导意义,这种生活常见的金属材料具有很好的可塑性。(4)本文基于巴比捏原理设计槽型结构不锈钢超材料谐振器,研究了该器件的双频段类电磁诱导反射(Electromagnetic induced reflection-like,EIR-like)效应,通过计算该器件的光谱特性和表面电流分布,该器件的反射谱当中出现两个类EIR波峰,磁场分布揭示了双EIR响应起源于近场耦合的线槽结构阵列分别和两个SRR槽结构阵列相互共振的结果,并且在反射峰值内获得的两个大的群指数,分别为11.2和11.8,获得两个最大群延时,分别为1.85 ps和1.96 ps。最后,利用精密激光打孔技术对不锈钢薄片进行加工,利用反射式光谱系统测试该制备的器件。
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