【摘 要】
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太赫兹波位于电磁波谱中微波和红外谱之间,特殊的位置使其拥有众多独特优势如指纹性、活体安全以及非极性材料透射性等。太赫兹技术在无损检测、国土安全和医疗诊断等领域应用潜力巨大。然而,传统基于光程累积原理的波束调控器件如透镜、棱镜和反射镜等非常笨重。近年来,基于亚波长散射体阵列的超表面在波束调控显示出超灵活和超轻薄的巨大优势。本文利用亚波长非对称阵列天线作为超光栅高效调控太赫兹波,主要研究成果如下:1.
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太赫兹波位于电磁波谱中微波和红外谱之间,特殊的位置使其拥有众多独特优势如指纹性、活体安全以及非极性材料透射性等。太赫兹技术在无损检测、国土安全和医疗诊断等领域应用潜力巨大。然而,传统基于光程累积原理的波束调控器件如透镜、棱镜和反射镜等非常笨重。近年来,基于亚波长散射体阵列的超表面在波束调控显示出超灵活和超轻薄的巨大优势。本文利用亚波长非对称阵列天线作为超光栅高效调控太赫兹波,主要研究成果如下:1.设计了基于超光栅衍射原理高效率大角度偏折太赫兹波的全硅亚波长非对称天线阵列。通过单元结构的非对称性可以将入射波引导到特定的衍射级,抑制在其它衍射级中的传输。工作在0.3THz全硅天线采用实心和空心圆柱组成的单元结构,P偏振和S偏振下工作时,光线偏折角可达70.2°,传输效率分别为73.1%和37.8%。同时讨论了不同几何参数、基底材质对效率的影响,采用全硅方案不仅由于硅有较高折射率和较低损耗,还可降低生产复杂度和成本。2.设计并利用3D打印验证了两种基于超光栅衍射原理高效率太赫兹波偏折天线阵列,工作频率为0.1THz。其中一种偏折角66.6°偏折天线阵列,在S偏振和P偏振下工作时,实测传输效率分别为74.1%和54.2%。另一种偏折角37°偏折天线阵列,在S偏振和P偏振下工作时,实测传输效率分别为67.1%和56.4%。3.基于超光栅衍射原理设计了两种太赫兹聚合物透镜,工作频率为0.1THz,直径为100mm,数值孔径分别为0.91和0.6,焦距为23.3mm和65.6mm。然后经3D打印实测的焦距分别为:24mm和66mm,聚焦效率为:32.1%和50.3%。
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