可调谐环偶极子超材料设计与研究

论文摘要

近年来,随着国内外科学家们对环偶极子的研究,各种各样的超材料被设计出来,因此也发现了环偶极子许多新颖的电磁特性。由于超材料结构相对于自然材料更加容易调整,所以改变超材料结构参数来调制环偶极子电磁特性。本文通过设计一种Z形环偶极子超表面来研究环偶极子电磁特性,具体包括:首先,介绍了环偶极子、超材料和太赫兹波等的相关概念,还介绍了国内外的研究现状。另外,还阐述了超材料样品的制作工艺和研究工具,并且简单的介绍了开口环的等效LC电路和J.Zhou提出的计算式。由于我们研究的目标是环偶极子,考虑到多极子家族中其他多极子的影响,因此我们还计算了多极子的散射能量。其次,为了研究超表面结构参数对环偶极子的调制作用,我们设计了环偶极子超表面并且改变Z形金属横向总长度ly、Z形金属横向总长度lx、Z形金属宽度w、Z形金属两侧短金属臂e1和e2的长度以及Z形金属两个不完整U之间的距离g。我们通过透射曲线、表面电流分布以及磁场分布说明了环偶极子的存在,并且通过建立LC谐振电路来解释超表面结构参数能够产生调制作用的原因。结果表明:通过各自的透射曲线图可以看出当Z形金属横向总长度ly、Z形金属横向总长度lx和Z形金属两侧短金属臂增加时,环偶极子谐振将会发生红移,而当Z形金属宽度w增加时会导致环偶极子谐振发生蓝移。我们还利用建立的LC谐振的计算公式和MATLAB拟合的曲线函数估算了ly=38μm时的谐振频率,并且证明了这两种方法都可以在一定的误差范围内估算环偶极子谐振频率。再次,通过研究我们发现超表面的结构参数以及石墨烯都能够实现调谐的目的,根据这一现象我们设计了一种可调谐带阻滤波器。为了说明超表面结构与石墨烯的调制作用,我们研究了两个不完整U形开口环之间的距离(g)的变化对带阻滤波器的调谐作用。结果表明:通该阻带滤波器具有较宽的阻带,其3dB阻带为0.191THz。最后,为了研究石墨烯对环偶极子的调制作用,我们在Z形超表面上添加了一层1nm厚的石墨烯。我们通过改变石墨烯材料的导电率来模拟石墨烯加偏压产生的作用。结果表明:在超表面添加石墨烯后,环偶极子的透射率将会发生较大的改变,同时Q值与谐振频率也有着微弱的变化。

论文目录

• 中文摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背影与意义
•     1.1.1 研究背景
•     1.1.2 研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 本文重点及主要工作
• 第2章 样品制备与基本原理
•   2.1 制备工艺
•   2.2 样品仿真与测试
•     2.2.1 样品仿真
•     2.2.2 样品测试
•   2.3 LC等效电路
•   2.4 多极子能量计算
•   2.5 Q值的计算
•   2.6 本章小结
• 第3章 Z型超表面结构电磁特性研究
•   3.1 引言
•   3.2 超表面结构参数调谐
•     3.2.1 金属结构横向长度ly的影响
•     3.2.2 金属结构横向长度lx的影响
•     3.2.3 金属结构宽度w的影响
•     3.2.4 短金属臂长度e1和e2 变化的影响
•     3.2.5 两个不完整U形开口环之间的距离g变化的影响
•   3.3 Z型超表面的应用
•     3.3.1 滤波器的类型
•     3.3.2 滤波器的设计
•   3.4 本章小结
• 第4章 基于石墨烯的可调谐超表面器件设计
•   4.1 引言
•   4.2 覆盖石墨烯的超表面结构
•   4.3 石墨烯对超表面电磁特性的影响
•   4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
•   5.1 工作总结
•   5.2 研究存在的问题和不足
•   5.3 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 申请学位期间的研究成果及发表的论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 朱剑宇

导师: 王爽

关键词: 太赫兹波,环偶极子,开口环,调谐,石墨烯

来源: 天津职业技术师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,材料科学

单位: 天津职业技术师范大学

分类号: TB34;O441

DOI: 10.27711/d.cnki.gtjgc.2019.000033

总页数: 50

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