【摘 要】
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太赫兹波的频率为0.1-10 THz,具有光子能量低、穿透性高、信息容量大和瞬态性等优点,在安全检测、通信、成像和雷达等领域具有十分广阔的应用前景。由于缺乏低成本、小体积和室温下工作的发射源和探测器件,太赫兹频段又被称为电磁波谱中独特的“太赫兹空白”。近年来,随着肖特基倍频二极管、耿氏二极管、量子联级激光器、超快激光等高频信号源的发展,太赫兹技术开始走向基础应用型研究,如对太赫兹波的传输、反射、吸
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太赫兹波的频率为0.1-10 THz,具有光子能量低、穿透性高、信息容量大和瞬态性等优点,在安全检测、通信、成像和雷达等领域具有十分广阔的应用前景。由于缺乏低成本、小体积和室温下工作的发射源和探测器件,太赫兹频段又被称为电磁波谱中独特的“太赫兹空白”。近年来,随着肖特基倍频二极管、耿氏二极管、量子联级激光器、超快激光等高频信号源的发展,太赫兹技术开始走向基础应用型研究,如对太赫兹波的传输、反射、吸收、极化等特性的调控。太赫兹波的调控是太赫兹技术的核心之一,在太赫兹无线电子系统中起到不可或缺的作用。但目前的太赫兹调制技术并不成熟,存在调制性能差、性价比低、工作频率窄等难题。太赫兹波调控的关键技术之一就是超材料。作为一种周期性结构的人工复合材料,超材料可以实现自然界中不存在的负磁导率和负介电常数,进而能够产生一些非自然的波调控性质。超材料的动态调控在光学和微波频段有着大量的研究,其调控手段也多种多样,既包括传统的电学器件,如变容二极管,又包括新型材料,如石墨烯、二硫化钼等。但是在“太赫兹空白”频段,动态调控超材料的方法却非常有限,其调控性能也不够理想。基于以上背景,本文提出了两种动态调控太赫兹超材料的方法,并结合实验室半导体加工工艺对其进行制备和测试。主要内容如下:1.提出了使用铟镓锌氧(Indium Gallium Zinc Oxide,IGZO)肖特基二极管调控电耦合电感电容(Electric-LC,ELC)超材料的方法。通过在ELC超材料的电容处生长IGZO做肖特基接触,超材料的谐振强度可以通过偏压改变IGZO的电导率来调控,从而实现对太赫兹波的透射的动态调控,其理想调控范围在0.41 THz可达11 dB。2.提出了一种使用压电晶体材料动态调控太赫兹超材料微腔的方法。该微腔利用电磁带隙(Electromagnetic Band Gap,EBG)超材料作为反射面,利用Fabry-Perot结构实现高Q值的异常透射现象。通过给压电双晶片施加偏压来调节两个反射面间的距离,异常透射的频率可以实现大范围调控。在偏压为-60到40 V的范围内,谐振频率能在0.35到0.5 THz范围内连续调,并且Q值高达750。
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