基于锑化铟的可调超材料太赫兹带阻滤波器（英文）

提出了一种工作在太赫兹频段,基于半导体材料锑化铟的超材料带阻滤波器.由于锑化铟材料介电常数的特性,该滤波器的谐振频率能够进行温度调节.同时,通过有限积分法和等效LMC电路模型分析了滤波器的几何参数对其谐振频率的影响,这两种方法得到的结果具有良好的一致性.在温度的取值范围是220~350K时,滤波器的谐振频率能够从0.91 THz动态调节到1.28 THz,并且其阻带谐振频率的透射系数能够有限地被抑制.该滤波器的传输特性在30°入射角范围内具有良好的稳定性.设计的可调超材料带阻滤波器将在太赫兹无线通信、传感等方面有潜在的应用前景.     

基于温敏介质的温控太赫兹波带阻滤波器研究

采用对温度敏感的锑化铟(InSb)材料做基底设计了一种温控太赫兹波带阻滤波器。通过控制外部温度的高低来改变锑化铟基底的相对介电常数,从而实现对太赫兹波滤波器中心工作频率点的动态调节。计算结果表明,当温度由140 K增加到200 K时,该滤波器的中心频率从0.920 THz增加到1.060 THz,向高频方向移动了0.140 THz,且中心频率点的透射参数均小于–20 dB,获得良好的可调带阻滤波功能。     

太赫兹波在谐振环多层超材料传输特性的研究

利用时域有限积分法研究了太赫兹波在谐振环多层超材料的传输特性。结果表明,对于尺寸相同的谐振环构成多层超材料,超材料从1层变化到5层时,在共振频率0.80 THz处,谐振谷值从-17 dB～-44 dB,共振明显比单层强很多。对于不同尺寸谐振环构成多层超材料,共振频谱带宽明显增强,半高全宽从0.08 THz变化到0.26 THz。结果表明,多层超材料具有比单层更好的太赫兹波特性,这些传输特性为太赫兹波滤波器、吸收器及偏振器等器件设计具有重要价值。     

基于金属-介质-金属结构的太赫兹超材料宽阻带滤波器

为了实现具有多频或宽频特性的太赫兹超材料滤波器,通常将相同或不同的谐振结构在同一平面内进行组合或者进行多层堆叠.通过将尺寸相同的C-型谐振单元分别置于中间介质层的两端,实现了基于金属-介质-金属结构的太赫兹超材料宽阻带滤波器,该滤波器具有较宽的阻带和较好的频率选择性.基于对该太赫兹超材料宽阻带滤波器C-型谐振结构表面的电场和电流分布的仿真分析,深入探讨了入射太赫兹波的传输机理,揭示了滤波器的滤波机制.基于对金属-介质-金属结构和金属-介质结构的超材料滤波器的滤波特性的仿真研究,揭示了宽阻带的形成机理.最后,采用PDMS薄膜制备工艺和金属磁控溅射方法对该超材料滤波器的样品进行了加工制备,并采用传输型的太赫兹时域光谱系统对其滤波特性进行了实际测试,验证了该超材料滤波器的结构设计、仿真和制备的正确性,为今后宽频带超材料滤波器的设计、制备和特性研究提供了参考.     

基于金属-介质-金属结构的太赫兹超材料宽阻带滤波器（英文）

为了实现具有多频或宽频特性的太赫兹超材料滤波器,通常将相同或不同的谐振结构在同一平面内进行组合或者进行多层堆叠.通过将尺寸相同的C-型谐振单元分别置于中间介质层的两端,实现了基于金属-介质-金属结构的太赫兹超材料宽阻带滤波器,该滤波器具有较宽的阻带和较好的频率选择性.基于对该太赫兹超材料宽阻带滤波器C-型谐振结构表面的电场和电流分布的仿真分析,深入探讨了入射太赫兹波的传输机理,揭示了滤波器的滤波机制.基于对金属-介质-金属结构和金属-介质结构的超材料滤波器的滤波特性的仿真研究,揭示了宽阻带的形成机理.最后,采用PDMS薄膜制备工艺和金属磁控溅射方法对该超材料滤波器的样品进行了加工制备,并采用传输型的太赫兹时域光谱系统对其滤波特性进行了实际测试,验证了该超材料滤波器的结构设计、仿真和制备的正确性,为今后宽频带超材料滤波器的设计、制备和特性研究提供了参考.     

基于SrTiO_3的频率可调谐太赫兹超材料吸波器（英文）

基于温度敏感材料钛酸锶(SrTiO3)提出了两款频率可调谐太赫兹(THz)超材料(MM)吸波器。由于SrTiO3材料的复值介电常数与外界温度相关,因此基于SrTiO3材料的太赫兹超材料吸波器的谐振频率可随外界温度变化。一款是基于十字金属谐振结构和SrTiO3介质层实现的,在200～400 K的温度范围内,其谐振频率可在1.62～2.44 THz的宽频带范围内实现主动调谐。另一款超材料吸波器通过在十字环金属谐振结构内填充SrTiO3材料来实现,而中间介电层仍然采用常见的聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料。当外部温度从200 K变为400 K时,谐振频率从1.11 THz移至1.58 THz,频率偏移达到了470 GHz,实现了频率可调的太赫兹超材料吸波器。可调谐超材料吸波器的实现可进一步扩展超材料吸波器的应用领域,从而更好地适应如太赫兹成像、太赫兹检测、传感和隐身等各种应用。     

基于U 型结构的动态可调太赫兹滤波器设计

太赫兹滤波器是通信等领域重要的功能器件,基于U 型结构的超材料器件因结构简单等优势已广泛用于太赫兹滤波器。传统U 型滤波器的几何参数确定后,其谐振频率、陡峭度等参数不可改变,只能用于特定频带,限制了其应用。对此,文中设计了基于U 型结构的可动悬臂阵列滤波器,在U 型结构中使用双层材料(下层为SiO2 ,上层为金属Al)的悬臂梁,利用温度变化两种材料热膨胀系数不同悬臂发生形变从而改变谐振频率等参数的原理,实现了对滤波器的动态可调控制。使用HFSS 进行建模仿真,实现了谐振频率0. 22 THz 的动态调制。另外,在该滤波器基础上文中设计了双层材料-介质-双层材料的双面结构,使下降沿和上升沿陡峭度提高到了921. 24% / THz 和547. 92% / THz,最小透射系数达到了0. 0023,滤波效果得以优化。     

基于太赫兹人工超材料的带阻滤波器

鉴于太赫兹辐射的特殊性,其难以与自然界中多数材料发生电磁相互作用,导致太赫兹功能器件匮乏.人工超材料通过人工设计结构单元的周期排列组合,可实现太赫兹波段电磁响应的调控.本文设计一种由二氧化硅衬底上的单层金属方形谐振环结构构成的太赫兹带阻人工超材料,具有窄带宽、深带阻特性、偏振不敏感特性,通过近场电场和表面电流分析,带阻...     

应用于THz波的非对称双开口环传输特性研究

设计并制备了一种适用于太赫兹波段的非对称双开口环结构,数值仿真和实验测量了其传输性质.结果表明,垂直极化时样品在低频的0.540 THz和0.925 THz处存在谐振点,来源于左右两开口环的LC谐振,电流和电场分布主要集中在两开口环的开口处;而在高频处(1.885THz)谐振点的表面电流具有相反的两个环流方向,电流和电场分布于整个样品表面,此处的谐振来源于两开口环耦合后的偶极子谐振.当太赫兹波平行极化该样品时,原来两个低频的LC谐振消失.实验测量结果与数值仿真具有很好的一致性.此结构超材料的传输特性研究对太赫兹波调制器、滤波器、吸收器及偏振器等器件设计和制备具有一定的指导意义.     

可调谐超材料太赫兹多频带阻滤波器理论研究

超材料的发展为太赫兹技术提供了良好的载体,使太赫兹器件得到飞速发展。滤波器作为其中重要的功能器件,实现了太赫兹波段的单频和多频滤波。文章提出了一种新型超材料太赫兹滤波器结构,该结构可同时应用于LC谐振和偶极谐振,实现了太赫兹滤波。重点对几何参数对器件滤波性能的影响规律进行了研究,通过优化滤波器关键结构参数,实现了良好的双频带和三频带太赫兹滤波。     

A thermally tunable terahertz metamaterial absorber

A thermally tunable terahertz metamaterial absorber (MA) with InSb embedded in a metal-dielectric-metal structure is proposed. The transmission and tuning properties of the proposed metamaterial absorber are analyzed for the temperature ranging from 160 K to 350 K. The simulated results show that the maximum absorption of the absorber is nearly 99.8% at a full-width at half-maximum (FWHM) of 38 GHz, and the absorption frequency can be dynamically tuned from 0.82 THz to 1.02 THz.     

基于超材料结构的高Q太赫兹滤波器

在半导体微纳工艺基础上研究了基于镜像非对称结构超材料太赫兹(THz)滤波器的性能。通过时域有限差分理论,模拟分析了滤波器工作频率下太赫兹电场强度和电流密度在微结构的分布,并阐述了微结构太赫兹波电磁共振的机理。基于太赫兹滤波器电磁损耗机制和微纳加工工艺条件,设计并优化器件开口环结构,使相邻开口环中产生电磁场的干涉相消,减少太赫兹辐射损耗,提高品质因子Q值。采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统测试了滤波器的太赫兹透射特性,实验结果表明,在工作频率0.923 THz下,镜像非对称结构的平面太赫兹滤波器品质因子达到12.5。同时,研究了太赫兹电场方向对滤波器性能的影响。高Q太赫兹滤波器的研制为制备高速太赫兹电调制器等太赫兹器件提供了重要的实验依据。     

Spectrum manipulation of a dual-stop-band metamaterial terahertz filter based on unit cell dimension changes

We numerically and experimentally proposed a dual-stop-band terahertz filter based on standard microelectronic fabrication method. The stop bands locate at 0.32 THz and 1.02 THz with 3 dB bandwidths of 0.26 THz and 0.55 THz, respectively. The resonance characteristics of the proposed device were discussed with the help of surface current maps and field density maps extracted from computer simulation software to better understand the working principle of the proposed device. On top of that, a total of seven devices with different dimensions were fabricated to fully discuss the dimension effects on the resonant frequency shift and bandwidth changes. This fabrication process is applicable for related integrated metamaterial devices and provides essential experiment evidences for effective ways of manipulating the transmission spectrum of the proposed filter.     

Josephson Plasmon Resonance in Tl2Ba2CaCu2O8 High-Temperature Superconductor Tunable Terahertz Metamaterials

The Josephson plasmon resonance (JPR) offers a valuable probe to investigate the superconductivity in layered cuprate superconductors. However, the coupling between free space radiation and JPR in high-temperature superconductor (HTS) film remains challenging because the excitation of JPR demands the c-axis oriented electric field. The subwavelength resonators in metamaterials can enhance the localized electric field, which can be utilized to resolve this difficulty. Here, a tunable terahertz (THz) metamaterial made from Tl₂Ba₂CaCu₂O₈ (Tl-2212) HTS film is developed. The spectral response of Tl-2212 metamaterial has a tunable property at temperatures up to 90 K. The resonant excitation of Josephson plasmon in the metamaterial is observed. Simulation results indicate that the scattering of subwavelength resonators can provide the component of the z-axis electric field for the resonant excitation. The coupling between JPR and resonance modes of metamaterials is observed and explained using coupled mode theory. The temperature dependence of JPR frequency shows accordance with the experimental results of the pure film. This work provides an avenue to excite the JPR and probe superconducting condensate in the layered superconductor. The development of Josephson plasmonic metamaterials may contribute to tunable and nonlinear THz devices.     

Tunable bandpass filter based on capacitor-loaded metamaterial lines

A bandpass filter is constructed by loading a left-handed metamaterial transmission line with an additional shunt capacitor. The shunt capacitor provides more freedom to control the passband characteristics of the resulting metamaterial line. A bandpass filter is designed with a centre frequency that is tunable from 0.45 to 0.65 GHz.     

单缝双环结构超材料太赫兹波调制器

超材料指的是一些具有人工设计的结构,并呈现出自然材料所不具备的超常物理性质,它能够以一种新奇的方式实现对电磁波的调控。文中理论研究了单缝双环结构超材料太赫兹调制器的调制机理,运用等效电路法及微分方程法求解出调制器的共振频率与调制器本身几何参数的一般数学表达式,并用Matlab 对不同调制频率情况下的几何参数进行了计算。运用CST（microwave studio）对调制器进行了理论模拟,数值模拟结果显示,该调制器频率在0.775 THz,0.95 THz 和1.65 THz 处共振吸收强度分别为70%,65%和68%,该结构调制器可以作为太赫兹波的调制器。     

Highly Sensitive Terahertz Sensing of Glycerol-Water Mixtures with Metamaterials

We demonstrate the highly sensitive terahertz (THz) sensing of a water-glycerol mixture poured on a metamaterial surface using reflection-based THz time domain spectroscopy. The reflectance at the resonant dip frequency changes significantly with glycerol concentration. The detection sensitivity is about 8 times higher than that compared to the case without a metamaterial structure. We also investigate how sensitivity depends on the Q factor of the metamaterial resonance for highly absorptive media, such as a water solution in the THz region.     

光子晶体太赫兹双波长滤波器的设计

这里提出一种新型的光子晶体太赫兹（THz）双波长滤波器,应用平面波法（PWM）分析其带隙结构,应用时域有限差分法（FDTD）研究THz波在该滤波器中的传输特性。结果表明,采用复式正方晶格结构的太赫兹滤波器,可以通过一个点缺陷实现两个波长的选择,通过选择合适半径的点缺陷,并在点缺陷处填充非线性介质砷化镓（GaAs）和增大某些介质柱的半径,可使该滤波器实现高耦合效率的单信道双频率选频滤波功能。