论文部分内容阅读
不同波段的电磁波在人类生活生产中有着广泛的应用,诸如微波通讯、红外监控和X射线成像等。太赫兹(Terahertz,THz),一般指波段位于0.1THz的毫米波和1OTHz的远红外线之间的电磁波,具有一些独特的性质如相干性、低能性、穿透性、瞬时性等,在无损检测领域有着巨大的应用前景。随着越来越多的研究人员投入到太赫兹领域当中,新的太赫兹源被逐步发现。然而,相比于太赫兹辐射源与探测技术的快速发展,作为太赫兹应用系统中关键部分的太赫兹功能器件的发展还相对滞后。太赫兹功能器件包括滤波器、偏振片、太赫兹开关等,这些功能器件的性能对太赫兹的应用起着关键作用。因此,如何制造低成本、高性能的太赫兹器件具有重大研究价值。现有的太赫兹滤波器有频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)、超材料(Metamaterial)、波导滤波器和光子晶体这四种。其中以频率选择表面和超材料运用最为广泛。然而,由于太赫兹波长较短,导致其功能器件的结构尺寸也较小,普通的机械加工技术难以胜任。飞秒激光微加工以其高精度、低成本和“冷”加工特点被广泛应用于微机电系统的制造。相比于传统的喷墨打印、光刻法和气相化学沉积和等微加工技术,其系统结构简单,工序更少,成本更低,通过单一的烧蚀操作,可以完成各种微观结构的高精加工。超材料、频率选择表面等由周期性结构构成的太赫兹功能器件,尤其适用于飞秒激光微加工制造。本文首先介绍太赫兹发展前景及目前太赫兹滤波器的研究进展。第二章,介绍基于频率选择表面的太赫兹滤波器仿真分析方法及飞秒激光微加工原理。第三章,介绍飞秒激光微加工系统搭建及太赫兹频率选择表面的加工。第四章,结合仿真分析研究单层和双层频率选择表面的滤波性能及滤波机理。最后,研究基于超材料的太赫兹吸波结构设计。主要工作包括:(1)搭建飞秒激光微加工系统,编写自动加工程序,利用10μm厚铝箔制造基于频率选择表面的太赫兹带通滤波器。(2)利用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain,FDTD)分析单元结构尺寸对太赫兹滤波器性能的影响;利用太赫兹时域光谱技术测量单层、双层滤波器性能,并研究双层滤波器中表面等离子激元的耦合效应。(3)基于微波波段吸波材料的吸波原理,研究太赫兹频段的超材料吸波结构,针对未来太赫兹波段隐身进行预研工作。