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超材料是一类由人工设计的具有亚波长结构的呈周期性排列的人工复合材料,因其具有许多自然界中已存在的材料所没有的独特性质,所以极具研究价值,引起了研究人员的广泛研究兴趣。近些年来,人们关注的超材料热点主要由有负折射率材料、零折射率材料、偏振片、超透镜等,关于高折射率超材料的研究较少。(1)首先研究了一种基于一维嵌入式金属光栅结构的单带高折射率超材料,通过强电容耦合大幅度提高有效介电常数,并使用薄金属薄膜抑制抗磁效应,可以使得其在共振频率下的峰值折射率达15.81,在太赫兹波段实现了单带高折射率超材料。在一维单面嵌入式光栅的基础上,设计了一维双面对称金属光栅结构,实现双波段高折射率超材料。对于双面金属光栅超材料结构,打破对称性使得谐振峰分裂,在太赫兹波段实现了多频段高折射率超材料,并且同时可以在1.67-1.71THz波段获得带宽接近40GHz的近零折射率超材料。(2)提出了二维“窗户”型金属结构,通过利用薄的金属窗型结构显著降低抗磁效应并通过减小单元结构之间的间隙增强电容耦合来提高有效介电常数。通过S参数提取法提取超材料的有效参数,发现超高折射率超材料依赖于电场耦合效应,磁场抗磁响应和单元结构的几何参数,在1.15THz谐振附近折射率峰值接近18.22,并且在1.09THz到1.29THz频段,带宽接近200GHz频段折射率均超过15,实现各向同性的宽带高折射率超材料。另外,所设计的高折率超材料还对太赫兹波偏振角和入射角具有不敏感特性。实验加工制备出尺寸较大的“窗户”型高折射率超材料进行。通过激光曝光与湿法腐蚀相结合的方法加工制备了“窗户”型高折射率超材料,利用太赫兹时域光谱仪测试样品,发现测试结果与仿真结果的吻合度较好。(3)结合前面两个章节设计结构的创新点,我们设计了双面方形宽带高折射率超材料,形成了两个谐振峰,其中在1.12THz处的谐振,主要是由电响应和磁响应共同作用产生的高折射率,数值高达38.68。并且在折射率半高峰处带宽高达1.46THz,即从0.84THz到2.3THz频段,折射率均高于20。通过计算双面方形金属结构超材料的品质因子,发现其在很宽的频段内均保持了较低的损耗特性。最后实验加工制备出单面方形金属结构超材料,利用THz-TDS系统测量样品透过率,与仿真结果十分一致。