基于锑化铟的可调超材料太赫兹带阻滤波器

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220～350 K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...     

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。     

基于双金属环的超材料太赫兹宽频带通滤波器的设计与研究

本文提出了一种基于双金属环的超材料太赫兹宽频带通滤波器,为太赫兹滤波器插入损耗和带宽问题的解决提供了可行方案.利用频域有限差分法构建双金属环超材料的理论模型,通过改变双金属环间距、半径以及聚酰亚胺衬底厚度,确定了宽频、高透射率太赫兹滤波器的几何参数.结果 表明:该滤波器在0.1～1.2 THz内可实现0.54 THz的...     

频率可调带通-带阻可切换滤波器的设计

该文设计了一种频率可调带通与带阻可切换微带滤波器,在距λ/2(λ为波长)谐振器开路端约1/4处加载变容二极管实现中心频率可调,利用PIN二极管实现带通与带阻两种状态的可切换。通过对耦合系数与外部品质因数(Q)值的分析,选取合适的参数可实现滤波器绝对带宽在调谐范围内保持恒定。带通状态时,由于源与负载间的耦合及谐振器间的混合电磁耦合,在滤波器的通带两侧各产生1个传输零点,提高了滤波器的选择性与阻带抑制。选用介电常数2.2的F4BM介质基板制作实物并用矢量网络分析仪进行测量。测量结果表明,当PIN管加正偏压,变容二极管加反偏压时,实现了中心频率可调的带阻滤波器;当PIN管不加偏压,变容二极管加反偏压时,实现了中心频率可调的带通滤波器。滤波器的中心频率调谐范围为3.45～3.90 GHz,调谐范围内绝对带宽保持恒定。该滤波器尺寸为44.4 mm×16.1 mm(0.59λ_g×0.21λ_g)(λ_g为调谐范围中心频率对应波长),符合小型化要求。     

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。     

可重构太赫兹石墨烯极化转换超表面

提出了一款基于石墨烯的太赫兹超表面单元,该单元能够对圆极化入射波起到极化转换的作用.通过调节石墨烯的化学势能,超表面单元的反射特性会发生改变.在此基础上,根据几何相位以及异常反射原理,利用超表面单元的相位调制特性,构建了3组不同相位梯度的超表面,并对不同化学势能条件下的近场特性进行了电磁仿真研究.更进一步,又利用超表面...     

基于二氧化钒的太赫兹超材料动态可调宽带吸收器

在硅平面上设计了一种基于二氧化钒(VO2)超材料的可调谐太赫兹(THz)宽带吸收器,该吸收器由VO2谐振层和被SiO2介质隔开的金属反射层组成.数值仿真结果表明,具有高电导率(30000 S/m)的VO2表现为金属相,其吸收率大于90％时吸收带宽达到了 2 THz,并且分别在4.5 THz和5.8 THz处实现了吸收率...     

基于金属周期槽阵列的太赫兹带阻滤波器

提出了一种结构简单的新型太赫兹带阻滤波器。滤波器结构为内表面刻有方型槽阵列的平行平板波导。太赫兹波入射时,在周期结构表面激发出只与表面几何结构有关的表面等离子波。有限元法仿真结果表明:平行平板波导中波导模式的基模转换为表面等离子模式,该模式和高阶波导模式之间产生能带间隙,频率在该间隙频段内的太赫兹波将无法在波导内传播,从而实现带阻滤波功能。通过错位法,可以对该结构进行改进,使该阻带与较高频阻带间的通带增大,使结构更符合带阻滤波器的要求。通过改变两板间距,槽宽和槽深各参数可以得到不同带宽和中心频率的阻带。     

太赫兹带阻滤波器工艺研究

以中心工作频率130 GHz、衰减深度为-40 dB的太赫兹带阻滤波器为制备对象,介绍了其在制备过程中蒸镀、光刻、显影及湿法刻蚀等工艺步骤中的一些技术细节。制备得到的太赫兹滤波器加工误差<±3 μm,考察了加工误差对滤波器传输性能的影响,该加工误差在可接受范围。为进一步验证工艺的可靠性,使用空间测量装置获得了滤波器样品传输性能,测试结果与设计值吻合度较好。最后,探讨了本工艺推广至更高频率器件的适用性及需要改进之处。文中介绍的硅基太赫兹器件加工工艺适用于电子器件与光子器件的融合发展。     

基于紧凑十字阵列的角度无关的宽带太赫兹带阻滤波器

介绍了一种可以在一些特殊的频率选择表面上激发额外的反对称模式的紧凑阵列设计. 基于这种设计,本文提出了一种角度无关的宽带太赫兹（THz）带阻滤波器. 紧凑十字架阵列由两层十字架金属阵列组成,其中第二层金属十字架的中心与第一层四个金属十字架单元的中心对齐. 数值结果显示紧凑阵列可以激发出一种额外的谐振模式. 与传统的周期设计相比,基于紧凑阵列的滤波器在带宽、通带平坦度和阻带衰减均有很大的性能提升. 提出的滤波器具有良好的滤波能力,其在1.2 THz的中心频率处具有0.75 THz的10 dB带宽且在0°~60°的范围内对角度不敏感. 此外,紧凑阵列可以被拓展运用到多种不同的结构,如耶路撒冷十字架结构,I型以及II型等结构.     

调制太赫兹范围的多层超材料大带宽阻带过滤器

设计了金属和介电层的周期性多层结构的大带宽阻带过滤器.三个因素(金属层数,金属层和介电层)对CRR结构的过滤器的阻带和阻带中心频率的影响进行了研究.模拟结果表明阻带带宽可以达到2.2 THz.同时,阻带和中心频率可以通过选择合适的金属层数或者介电层来调制,但它们对金属层的种类并不敏感.     

（英）Tunable broad stop-band filter based on multilayer metamaterials in the THz regime Zhongmin(钟敏)1,2 , Ye Yonghong(叶永红)1

设计了金属和介电层的周期性多层结构的大带宽阻带过滤器。三个因素(金属层数,金属层和介电层)对CRR结构的过滤器的阻带和阻带中心频率进行了研究。CRR结构的过滤器的阻带带宽可以达到2.2THz。CRR结构的过滤器的阻带和中心频率可以通过选择合适的金属层数或者合适的介电层来调制,但它们对金属层的种类并不敏感。     

基于超材料的多频带可调谐太赫兹吸收器

设计了一种多频带可调谐的太赫兹超材料吸收器。在超材料吸收器的结构中,引入光敏半导体硅材料,设计特殊的顶层金属谐振器,分析开口长度、线宽、介质层厚度等参数尺寸对太赫兹超材料吸收器的吸收光谱特性影响。根据光照与光敏半导体硅电导率之间的关系,研究太赫兹超材料吸收器的频率调谐特性。仿真结果得到太赫兹波段的12个吸收频率调制,其中有10处吸收峰的吸收率超过90%近完美吸收,且有6处吸收率达到99%的完美吸收,而且吸收率调制深度和相对带宽分别达到85.9 %和85.5%,具有很强的可调谐特性。设计的光激励太赫兹超材料吸收器结构简单,具有多频带可调谐和完美吸收特性,扩大了吸收器的应用范围。     

基于偏振不敏感超材料的全光可调谐太赫兹慢光效应研究

太赫兹(terahertz,THz) 慢光效应可以有效地提升THz脉冲数据传输的安全性和存储性,而一般THz慢光器件对入射THz波偏振态变化敏感。本文设计了一种超材料结构,其微结构单元由一个十字型谐振器和4个U型谐振器构成。研究表明:基于超材料的THz慢光效应对线偏振光和圆偏振光均不敏感。通过对超材料结构的参数优化,获得到了最大群折射率为1 618的慢光效应。另外,本文在超材料微结构层和SiO₂衬底之间嵌入了一层二硫化钼(MoS₂)薄膜,当MoS₂的载流子浓度从1.7×10¹⁷ cm-3增大到5.1×10¹⁹ cm-3时,群折射率从1 566减小到26。实现了偏振不敏感全光可调谐的THz慢光效应。该研究有望为偏振不敏感和全光可调谐的THz慢光器件设计提供崭新的研究思路。     

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.     

基于二维光子晶体的多频段太赫兹波滤波器研究

基于二维光子晶体,提出一种多频段 太赫兹(THz)波滤波器。在光子晶体中引入3条平行的横向波导,通过改变介质柱的半 径或插入半径较小的介质柱在 相邻波导之间构成耦合区域,使特定频率的THz波从中部波导耦合至上、下侧光子晶体波 导并分别从端口2和1输出, 其余的THz波经中部波导从端口3输出,最终达到多频段滤波的效果。利用时域有限差 分法和平面波展开法对所提出 的器件计算和仿真结果显示,频率为f=3.24和3.75THz的THz波分 别从端口1、2和3输出中,传输效率分 别达到95%和99% ,表明本文结构能很好实现多频段滤波效果。     

S波段GaAs PHEMT宽调谐比可重构滤波器芯片设计

基于单片微波集成电路技术设计了一款S波段频率可调谐滤波器芯片,该可调谐滤波器芯片采用信道化结构,通过选择不同通道实现宽调谐比。其中每个通道采用多级放大器与无源滤波网络级联的形式提高该滤波电路的选择性,通过在无源滤波网络引入变容二极管实现通道频率的连续调谐,该结构可在滤波器具备较高选择性的前提下实现宽调谐比。采用0.25 μm GaAs 赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺设计了一款S波段双通道信道化可重构滤波器,仿真结果表明,在0~3 V控制电压范围下,该滤波器中心频率调谐范围为2.5~4 GHz,带宽变化范围为420~650 MHz,调谐比达到60%,滤波器芯片尺寸为3 mm×3.1 mm。该设计为片上可重构射频滤波实现宽频率调谐比提供了一条技术途径。     

太赫兹超材料生物检测应用研究进展

超材料作为一种具备超常物理性质的人工复合材料,能够突破常规材料的限制,为设计先进功能材料开辟一种全新的思路。太赫兹波由于具有光子能量低、对生物物质无电离损害和分子指纹谱等特性,通过与超材料结合,可实现对生物物质高灵敏检测,越来越受到国内外学者的广泛关注。本文总结了近几年来太赫兹超材料传感器在生物分子和细胞检测领域上取得的进展,首先介绍了太赫兹超材料传感器的传感原理和性能指标,其次从超材料结构设计、衬底选择、以及与微流控和新材料结合等方面阐述了太赫兹超材料传感器在生物检测领域的发展。通过对超材料结构进行优化、采用低介电常数薄型衬底、结合微流控技术或在传感器上粘附新材料涂层,可进一步提高超材料传感器的灵敏度,并丰富其在生物医学检测上的功能。最后,对太赫兹超材料传感器的发展趋势和前景进行了展望。