【摘 要】
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太赫兹波具有频带宽、能量低以及指纹谱等特性,可以广泛应用于雷达通信、安防成像、生物医疗、传感监测等领域。超材料是一种具有特殊介电常数与磁导率的人工合成材料,在生物传感、安全检测等领域有较大的实用价值与科研潜力。本文设计了太赫兹超材料吸收器、太赫兹超材料带通滤波器以及太赫兹超材料带阻滤波器,并且深入研究了其传感特性。论文主要完成的工作内容如下:（1）设计了一款由内外圆环与十字型结构组成的双频带太赫兹
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太赫兹波具有频带宽、能量低以及指纹谱等特性,可以广泛应用于雷达通信、安防成像、生物医疗、传感监测等领域。超材料是一种具有特殊介电常数与磁导率的人工合成材料,在生物传感、安全检测等领域有较大的实用价值与科研潜力。本文设计了太赫兹超材料吸收器、太赫兹超材料带通滤波器以及太赫兹超材料带阻滤波器,并且深入研究了其传感特性。论文主要完成的工作内容如下:（1）设计了一款由内外圆环与十字型结构组成的双频带太赫兹超材料吸收器,采用金属-介质-金属（MDM）三层结构。双频带太赫兹超材料吸收器在谐振频点0.387 THz和0.694 THz处对入射太赫兹波吸收效率达到99%以上,品质因数Q分别为28.1和29.3,灵敏度S分别为39.5 GHz/RIU和85 GHz/RIU,FOM值分别为2.86和3.58。该超材料吸收器的以上三项主要传感性能指标突出,可以应用于传感检测领域。对设计的超材料吸收器谐振机理进行了分析研究,证明了其谐振类型为偶极子谐振。仿真分析了待测物厚度与介质层材料对传感特性的影响,确定了最佳待测物厚度以及最适合的介质层材料。此外,通过对不同品类食用油的传感检测验证了超材料吸收器的实际传感应用能力,利用谐振频率偏移量与灵敏度S之间的关系推算了不同食用油实测的介电常数,与实际食用油样本相比,误差较小,验证了超材料吸收器可以应用于物质的传感检测。（2）设计了一款由正八边形与小正方形十字架组成的双频带太赫兹超材料带通滤波器,采用金属-介质（MD）双层结构。超材料带通滤波器在两个谐振频点0.104 THz和0.194 THz处通带带宽为17 GHz和16 GHz,Q值分别为6.1和12.1,插入损耗为3.75 d B和4.58 d B,矩形系数为12.75和16.86,相对带宽为16.3%和8.2%。灵敏度S分别为29.6 GHz/RIU和50.8 GHz/RIU,FOM值为3.69和7.26。通过对电场、磁场、表面电流的分布确定了其谐振类型为偶极子谐振。仿真分析了金属层材料与介质层材料对超材料带通滤波器滤波特性的影响。仿真分析了超材料带通滤波器表面覆盖不同折射率的待测物质时的谐振特性,验证了所设计的超材料带通滤波器可以应用于物质的传感检测。（3）设计了一款互补型双频带太赫兹超材料带阻滤波器,采用MD双层结构设计。超材料带阻滤波器在两个谐振频点0.118 THz和0.235 THz处Q值为118和117.5,阻带深度达到了-28 d B和-39 d B,带内/带外抑制比小于0.1%,上升沿下降沿斜率均在165 d B/THz以上,相对带宽为0.84%和0.85%。传感性能指标中灵敏度S为13.3 GHz/RIU和16.5 GHz/RIU,FOM值为6.65和3.30。通过对电磁场及表面电流的分布确定了谐振类型为偶极子谐振。仿真分析了金属层与介质层厚度对超材料滤波器滤波特性的影响。通过对蔗糖溶液与砂糖溶液的传感检测,验证了超材料带阻滤波器的实际传感应用能力,利用谐振频率偏移量与灵敏度S之间的关系推算了蔗糖与砂糖溶液实测的介电常数,与实际样本相比,误差较小,验证了超材料带阻滤波器可以应用于物质的传感检测。
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