太赫兹波段超材料结构折射率传感器的研究

论文摘要

太赫兹(Terahertz,简称THz)辐射通常是指频率介于微波和红外波段之间的电磁辐射,其频率范围为0.1~10THz。太赫兹技术在通信、成像、检测和医学等领域有着潜在的应用,其中太赫兹折射率传感器是用于传感检测的重要太赫兹器件。超材料是人工设计的具有周期结构的材料,具有其他材料不具有的独特性质。将其应用于太赫兹折射率传感器中,可实现高灵敏度的无标记检测。开展太赫兹超材料折射率传感器的研究具有重要的理论价值和实用意义。首先,论文分析了超材料的电磁特性和电磁诱导透明(Electromagnetic Induced Transparency,EIT)效应的基本原理,通过电磁超材料的电场响应、磁场响应和EIT效应理论耦合模型分析超材料折射率传感理论。其次,基于类电磁诱导透明(EITlike)效应,通过CST MWS 2015设计了三款超材料结构的太赫兹折射率传感器,并讨论了其主要几何参数对传感性能的影响。其中第一款是由四开口圆形谐振环和金属条组成的非对称型超材料折射率传感器,其Q值为92.0,折射率灵敏度为61.0GHz/RIU(Refractive Index Unit),FOM(Figure of merit)值为8.5;第二款是在非对称结构的基础上,再基于巴比涅互补原理,将非对称性与互补性相结合,设计了一款由金属条组成的互补型超材料折射率传感器。该传感器使得待测物质更充分地与传感部分相接触,从而提高了折射率灵敏度,其Q值为104.5,折射率灵敏度为73.5GHz/RIU,FOM值为6.3;另外,第三款是通过构造具有近乎相同谐振点的两谐振单元的方式,设计了一款由圆形谐振环和方形谐振环组合而成的组合型超材料折射率传感器。其Q值为63.0,折射率灵敏度为96.2GHz/RIU,FOM值为7.8,该款传感器的性能优于前面两款,且结构简单,易于加工。最后,对组合型超材料折射率传感器进行了实物加工和测试,并将实验结果和仿真结果进行了对比分析。综上,本文所设计的太赫兹波段超材料结构折射率传感器具有良好的折射率传感性能,在太赫兹检测技术中有着重要的潜在应用价值。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 基于LC谐振的超材料折射率传感器
•     1.2.2 基于偶极子谐振的超材料折射率传感器
•     1.2.3 基于Fano谐振的超材料折射率传感器
•     1.2.4 基于电磁诱导透明效应的超材料折射率传感器
•   1.3 论文内容及结构安排
• 第2章 电磁超材料折射率传感器理论研究
•   2.1 超材料
•     2.1.1 超材料概述
•     2.1.2 超材料的电磁响应
•     2.1.3 超材料的等效媒介理论
•   2.2 超材料折射率传感器理论
•     2.2.1 EIT效应基本原理
•     2.2.2 EIT效应的耦合模型
•     2.2.3 超材料折射率传感器传感原理
•     2.2.4 传感器性能参数
•   2.3 超材料传感器仿真分析方法
•   2.4 本章小结
• 第3章 太赫兹超材料折射率传感器设计与分析
•   3.1 非对称型太赫兹超材料折射率传感器
•     3.1.1 非对称型太赫兹超材料折射率传感器的结构设计
•     3.1.2 非对称型太赫兹超材料折射率传感器的性能分析
•     3.1.3 结构参数对非对称型超材料传感器性能的影响
•   3.2 互补十字型太赫兹超材料折射率传感器
•     3.2.1 互补十字型太赫兹超材料折射率传感器的结构设计
•     3.2.2 互补十字型太赫兹超材料折射率传感器的性能分析
•     3.2.3 结构参数对互补十字型超材料传感器性能的影响
•   3.3 组合型太赫兹超材料折射率传感器
•     3.3.1 组合型太赫兹超材料折射率传感器的结构设计
•     3.3.2 组合型太赫兹超材料折射率传感器的性能分析
•     3.3.3 结构参数对组合型超材料传感器性能的影响
•   3.4 太赫兹超材料折射率传感器的结构和性能比较
•   3.5 本章小结
• 第4章 太赫兹超材料折射率传感器的实物加工与测试
•   4.1 太赫兹超材料折射率传感器的实物加工
•   4.2 太赫兹超材料折射率传感器的实物测试
•   4.3 太赫兹超材料折射率传感器测试结果与误差分析
•   4.4 本章小结
• 第5章 论文总结与未来展望
•   5.1 论文总结
•   5.2 未来展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 闫彦君

导师: 潘武

关键词: 太赫兹,超材料,类电磁诱导透明效应,折射率传感器

来源: 重庆邮电大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,材料科学,无线电电子学,自动化技术

单位: 重庆邮电大学

分类号: TB34;O441.4;TP212

DOI: 10.27675/d.cnki.gcydx.2019.000629

总页数: 69

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