太赫茲超材料諧振單元中的模式耦合效應(yīng)研究.pdf

1、近幾年來,隨著超材料在太赫茲技術(shù)中的應(yīng)用，超材料在太赫茲技術(shù)中扮演著越來越重要的角色，因此實現(xiàn)具有寬帶共振響應(yīng)和低損耗等性能的超材料成為太赫茲技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中的一個研究重點。本文基于這些研究重點，我們研究了不同超材料結(jié)構(gòu)單元中的模式耦合效應(yīng)。采用實驗與理論相結(jié)合的方式，研究超材料的電磁響應(yīng)特性和超材料實現(xiàn)太赫茲調(diào)制的物理機制，探究具有良好性能的太赫茲超材料的可行性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴構(gòu)造C形互補性開口環(huán)(CSRRs)結(jié)構(gòu)，

2、研究CSRRs太赫茲共振模式中的蹺蹺板效應(yīng)。低頻共振模式的透射強度隨著CSRRs開口的增大呈現(xiàn)單調(diào)遞增，與此相比，高頻共振的透射強度逐漸減小。通過模擬CSRRs的表面電流和電場分布，研究蹺蹺板效應(yīng)的產(chǎn)生原理。LC共振是引發(fā)低頻共振的主要原因，然而偶極子振蕩對高頻共振起著支配作用。通過調(diào)節(jié)CSRRs的開口的尺寸，可以平衡雙共振模式的透射強度，從而使得雙共振模式透射強度相等。這種透射強度的蹺蹺板效應(yīng)可以使得CSRRs在太赫茲雙通帶濾波器有著

3、廣泛的應(yīng)用。⑵研究分形金屬超原子結(jié)構(gòu)中太赫茲電磁響應(yīng)的不同耦合模式機制。金屬超原子由多個共心方形共振器(CRS)組成。設(shè)計兩種不同的金屬超原子結(jié)構(gòu)：相互獨立的CRS(I-CRS)和相互連接的CRS(J-CRS)。在 I-CRS中，每一個維度CRS作為獨立的共振器工作。因此，當(dāng)I-CRS的維度超過1時，I-CRS存在多個共振模式。然而J-CRS由于不同維度的共振器依次旋轉(zhuǎn)π/2，因此J-CRS中的共振器相互連接。在 J-CRS中，多共振模

4、式耦合成單共振模式。分形維度增加使得I-CRS的共振頻率發(fā)生紅移，然而J-CRS發(fā)生藍(lán)移。當(dāng)分形維度小于4時，J-CRS的共振模式的品質(zhì)因子大于I-CRS低頻品質(zhì)因子并且小于高頻共振品質(zhì)因子。當(dāng)分形維度不小于4時，J-CRS的品質(zhì)因子高于I-CRS的品質(zhì)因子。與此同時，隨著分形結(jié)構(gòu)維度增加，I-CRS的調(diào)制深度減小,然而J-CRS的調(diào)制深度逐漸增大。表面電流分析表明I-CRS結(jié)構(gòu)中的電容耦合導(dǎo)致共振頻率紅移，同時，J-CRS的藍(lán)移是由于

5、結(jié)構(gòu)中的電感耦合引起的。金屬超原子中的J-CRS彼此之間存在電感耦合可以使得品質(zhì)因子和調(diào)制深度增加。⑶通過共振失諧效應(yīng)研究混合平面超材料在太赫茲頻段的類等離子體誘導(dǎo)透明(PIT-like)效應(yīng)的演變過程。每個混合平面超材料單元中包含兩種不同類型的偶極子振蕩的共振器：金屬線(CW)和鏡像對稱雙U形共振器(SU)。在太赫茲頻譜中，兩種共振器的混合平面超材料模式(CW/SU)使得在雙邊吸收模式中間出現(xiàn)透明峰。電流和電場分布結(jié)果表明金屬線和對稱