基于医学成像系统的太赫兹滤波器的研究和设计

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太赫兹波是位于微波和红外线之间的电磁波,处于电子学和光子学的中间地带,它高穿透力、高分辨率、对人体无害、对水分敏感的物理特性决定了它在医学成像系统中独特的优点,相比传统的X射线、超声波在医学诊断上的应用,太赫兹波成像能达到更高的清晰度,获得更多的空间信息,太赫兹波对水分敏感的特点可以应用于病变处的检测。随着太赫兹成像系统在医学成像领域的应用越来越广泛,对太赫兹成像系统的要求也越来越高,由于环境和需要的限制,需滤除不需要的信号和噪声,提高系统稳定性,因此太赫兹滤波器起着非常重要的作用。太赫兹滤波器因为工作频率较高,波长较小,因而体积更小,更轻便,易于集成化,随着太赫兹波的优点逐渐被人们认识,太赫兹滤波器在太赫兹成像系统中的作用逐渐凸显出来,有非常广泛的应用前景。本文基于模拟仿真和实物制作设计了几款工作于太赫兹波段的频率选择表面(FSS)太赫兹滤波器。首先对太赫兹滤波器进行了分类和简单的介绍,分析不同种类滤波结构的优缺点,并且采用等效电路法、时域有限差分法和有限元法对滤波器进行了理论分析,综合考虑滤波性能、稳定性和加工工艺等因素,最终采用频率选择表面(FSS)结构。其次设计了一款工作于大气窗口0.41THz附近的T型太赫兹滤-波器,建立了滤波器物理模型、并对其参数进行优化设计和仿真分析,优化设计了太赫兹滤波器的入射角度、金属尺寸、金属厚度和周期结构等因素,最终得到了具有良好滤波特性的滤波器,带内抑制效果比较明显达到42dB,带宽比较宽达到0.201THz,在此研究设计基础上提出了一种新的双阻带T型太赫兹滤波器和哑铃型太赫兹滤波器,进行了仿真设计和优化。最后在实验制作环节,用L-edit软件设计掩膜版,并采用微加工光刻技术,对所设计的太赫兹滤波器进行加工制作,借助太赫兹时域光谱分析仪对其进行性能测试,仿真和测试结果吻合良好。
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