【摘 要】
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太赫兹波（Terahertz,THz）频率（0.1THz-10THz）介于远红外和微波之间是电磁波谱中亟待研究的新频段,在无损检测、国防安全、雷达成像、生命科学、传感、电子信息等方面有着十分广阔的应用前景。开发太赫兹光电功能器件将在很大程度上促进太赫兹技术的实用化进程。超表面是一种厚度小于波长的人工二维周期结构,可以通过亚波长的微结构来调控电磁波的相位、振幅、偏振、频率等特性,引起了国内外学术界的
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太赫兹波（Terahertz,THz）频率（0.1THz-10THz）介于远红外和微波之间是电磁波谱中亟待研究的新频段,在无损检测、国防安全、雷达成像、生命科学、传感、电子信息等方面有着十分广阔的应用前景。开发太赫兹光电功能器件将在很大程度上促进太赫兹技术的实用化进程。超表面是一种厚度小于波长的人工二维周期结构,可以通过亚波长的微结构来调控电磁波的相位、振幅、偏振、频率等特性,引起了国内外学术界的广泛关注。本文基于超表面,设计了一部分具有特定功能的太赫兹器件,主要内容分为以下三个方面:（1）设计了一种基于双开口环超表面的反射型超宽带极化转换器,其可在2.04THz～5.33THz工作频段范围内能有效的将入射的线性极化电磁波转换为交叉极化的电磁波,极化转换率高于90%,相对带宽达到89%。该极化转换器具有对电磁波入射角度不敏感的特性,在宽入射角范围内仍然保持良好的极化转换性能。利用表面电流法进一步分析阐述了该转换器计划转换的物理机理。此外,通过Pancharatnam-Berry几何相位法设计数字编码超表面单元,利用2-bit的超表面单元结合有序的编码序列设计一款超表面阵列天线可实现超宽带和宽角域的单站雷达散射截面（Radar Cross Section,RCS）减缩。（2）设计一种基于双E型结构超表面的极化转换器,利用Pancharatnam-Berry相位原理设计了Multi-bit数字编码超表面单元。针对1-bit编码单元,通过设计不同的“0”“1”编码序列实现反射电磁波的重新定向。对2-bit编码单元结合有序的编码序列探究了其在RCS缩减中的应用。对3-bit编码单元设计了两种梯度相位平板,分别实现轨道角动量电磁波束的产生。（3）针对金属超表面的静态不可协调性,本文提出了一种基于石墨烯超表面的可调谐多波段完美吸收器,利用有限元法对该吸收器进行建模与分析,探究了其主要的工作原理、几何参数和费米能级对吸收光谱的影响。数值仿真结果表明所设计的吸收器在2.02THz,3.44THz,7.58THz三个共振点处,吸收率分别为99.9%,99.9%,和98.5%。该吸收器的共振频率可以通过改变石墨烯的化学势来实现动态调控,且具有偏振角和入射角不敏感吸收特性。进一步分析了吸收器在折射率传感器中的应用。
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