多波段太赫兹超材料吸波器的仿真与设计

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近年来,微波和太赫兹波段超材料共振吸收材料的设计、制备和测量引起了广泛的关注。太赫兹波段是跨越红外和毫米波,同时也是最后一个被开发的电磁波频段,(太赫兹(THz)波段是介于红外和毫米波之间的一个波段,是电磁波谱范围内最后一个未被开发的波段。THz技术与传统技术相比备受关注的原因主要在于其光谱信息极为丰富、脉冲宽度短、光谱范围宽、光子能量低和穿透性极强等特点,并逐步应用在前沿科学,成为一种不可替代的检测手段。)然而目前THz频段是电磁频谱中利用率较低的频段,主要是由于缺乏适当的电子元件,使其应用在THz通信、成像、遥感和光谱系统中。因此,THz波段的功能器件也成为研究热点之一。而作为功能器件中的一种重要的电子元件-THz吸收器,因其具有高灵活性的特点,可应用在科学研究,生物医疗和国防安全等领域中。因此,近年来,THz吸收器也成为了研究热点之一。研究人员设计并制备了多种THz吸收元件,但这些吸收元件大多具有窄带或双带吸收性能。然而,在航空航天和THz通信系统领域,开发多任务系统需要通过多波段、多波束的手段获取更多的信息,这使得多波段THz吸收材料具有潜在的应用前景。本文以THz波段超材料吸波器的应用为背景,从吸波器的工作原理入手,分析了其吸收机理,设计了多波段吸收器结构,通过计算仿真验证其吸收性能。主要围绕多频带THz吸波器进行研究。主要进行的工作如下:(1)从基本的超材料吸波单元开始,仿真模拟了圆形环以及方形环在不同边长、不同宽度、不同入射角度以及不同衬底厚度时的吸收率变化。为进一步多波段吸波器的设计提供了理论方法。(2)基于单个圆环和方形环的研究基础,组合不同边长的多环,并对其进行仿真模拟,分析了不同角度、不同衬底厚度的吸收率变化,提出将方形共振环组合作为设计的单元,为多波段THz吸波器的最终设计奠定了基础。(3)为了增加吸波器的吸收峰值数,将所设计的不同边长方形环单元进行组合并优化,得到了五波段的THz吸波器结构。相对于单频或者双频吸波器,吸收峰的数量以及峰值明显提高。并且经过仿真计算,得到所设计的吸波器对偏振方向不敏感,在较宽的入射角度下仍能保持较高的吸收。
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