基于液晶调谐的太赫兹超材料滤波器研究

摘要

超材料，曾被美国《科学》杂志评为过去十年人类最重大的十项科技突破之一。随着信息技术的高速发展，超材料逐渐进入应用层面。由于超材料的超常电磁特性主要由人工设计的周期性结构单元的形状和物理尺寸决定，一旦结构参数确定，其表现出的电磁性质被局限住。所以，研究者们越来越关注可调谐超材料研究。液晶由于其介电常数可以通过外加电压进行控制，因而非常适合用来调谐太赫兹超材料的电磁特性。基于上述原因，本文提出两种基于液晶调谐的太赫兹超材料滤波器。
　　基于液晶调谐的太赫兹超材料窄带滤波器，其结构单元由周期性金属圆环深槽结构组成，并且将液晶注入深槽结构中用以实现调谐功能。使用基于有限元方法的仿真软件对滤波器结构单元的内外半径，金属厚度等参数进行优化，得到性能较好的窄带滤波器。通过TE波、TM波和对入射电磁波角度的改变，证实滤波器可实现广角入射工作，不受入射波偏振状态影响，在深槽结构中注入DFLC液晶和LC1825液晶，比较两种液晶材料对滤波器的频率选择范围和相位变化的影响。
　　基于液晶调谐的太赫兹宽带阻超材料滤波器，该结构是一种相同结构但不同比例尺寸闭合方形金属谐振环结构的多层超材料叠加而成，并且在两石英衬底间填充液晶用以实现调谐功能。使用基于有限元方法的仿真软件对该滤波器结构的闭合方形金属谐振环的大小、线宽、结构厚度等参数进行优化，得到性能较好的宽带阻滤波器，并对滤波器工作时的表面电流和磁场进行分析。探究入射波的偏振状态和入射角度对该太赫兹超材料滤波器的性能影响，分析所提出的宽带滤波器的性能:该超材料宽带滤波器频率选择范围达到了563.2GHz，带阻内的带内抑制达到了95％以上，并且带阻的上升沿和下降沿的陡峭度分别为1000％/THz，857％/THz。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究目的和意义

1．2 超材料的发展介绍

1．3 超材料滤波器的研究现状

1．3．1 太赫兹超材料滤波器的国内外研究现状

1．3．2 基于液晶调谐的太赫兹超材料滤波器的国内外研究现状

1．4 本论文的主要研究内容及框架

第2章 超材料滤波器的基本理论

2．1 谐振结构单元的物理机制

2．2 滤波器的原理及参数

2．3 电场、磁场对液晶的调谐原理

2．4 本章小结

第3章 基于液晶调谐的太赫兹窄带带通滤波器研究

3．1 引言

3．2 超材料窄带滤波器的结构设计

3．2．1 结构参数对滤波器性能影响的分析

3．2．2 极化不敏感性及广角传输性分析

3．3 滤波器的性能分析

3．4 超材料滤波器基于UV-LIGA工艺的制作过程

3．5 本章小结

第4章 基于液晶调谐的太赫兹超材料宽带带阻滤波器研究

4．1 引言

4．2 超材料宽带滤波器的结构设计与仿真

4．2．1 结构参数对滤波器性能的影响

4．2．2 极化不敏感和宽角度入射

4．3 宽带滤波器的调谐性能

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢