大双折射率液晶在太赫兹波段的介电特性与应用研究

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太赫兹(THz)波的频率范围是0.1-10 THz,在电磁波谱中位于毫米波和红外波段之间,其具有的独特的性质使其在生物检测、通信和公共安全系统等领域具有广阔的应用前景,但长期以来自然界缺乏直接高效调控THz波的材料,高性能的THz功能器件仍是亟待解决的问题。液晶具有各向异性和非常成熟的工业基础,其应用范围可以从光学波段拓展到毫米波及THz频段,但是研究发现液晶在THz波段的应用中面临着两大问题:一是相比与光学波段,一般的液晶的光电各向异性在THz波段比较低,吸收损耗比较高;二是THz波段缺乏透过率良好的透明电极。本文研究了八种大双折率液晶分子与商业液晶(E7和S200)制成的新型混晶(E7-2和S200-2)在THz波段的介电特性;然后利用紫外光刻技术制作了液晶超材料透射式器件,并比较了混合液晶和商业液晶的透射传输特性性能;最后初步研究了新型透明电极PEDOT:PSS对超材料吸波体的影响。本文研究的主要内容如下:1.利用自由空间法测量商业液晶(E7和S200)和新型混晶(E7-2和S200-2)在THz低频段的介电特性。测试结果显示两种混晶的介电各向异性比相应的商业液晶分别高16.4%和16.3%,表明了大双折率液晶分子可以在太赫兹波段提高商业液晶的介电各向异性。2.设计并制作了基于“金属-液晶-金属”三明治式结构的THz超材料透射式调制器件,分别利用商业液晶和混晶制作样件,进行了透射波幅度调制性能的测试比较,结果表明我们设计的混晶材料可以有效提高透射式液晶器件的调控性能。3.研究了透明电极PEDOT:PSS膜对超材料吸波体性能的影响。把具有导电性的PEDOT:PSS薄膜旋涂在超材料吸波体的的内表面上,作为偏置电极加载电场。测量了加电前后吸波体的谐振峰变化,结果表明旋涂PEDOT:PSS膜层的吸波体的谐振频点范围变窄,在加电压后的谐振峰吸收强度变大。
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