太赫兹波滤波器与极化偏转器的基础研究

摘要

太赫兹波（Terahertz，THz）是一种波长在0.03mm-3mm、频率在0.1-10THz之间的电磁波，频率范围介于微波和红外光波之间。随着THz波源技术与探测技术的快速发展，THz通信技术也得到了极大的发展，THz功能器件的性能也必须相匹配。本文设计了三种THz功能器件并测试其性能。
　　本文主要研究内容如下：
　　1、提出了一种聚酰亚胺（PI）柔性材料作为衬底的超材料滤波器，使用CST MWS软件进行仿真，在0~1.5THz频段共有两个通带，中心频率分别为0.53THz和1.23THz，透射率分别为0.88和0.97，带宽分别为30％，50%，与硅衬底相比，带宽与透射率都大大增加，但是频点会相应的右移，并且随着PI衬底厚度的增加，三个中心频率向左移动。本文详细的探索了器件的制备工艺，最终采用光刻工艺制备了尺寸误差均在合理范围内的器件，采用THz-TDS系统对结构进行透射测试，测得硅衬底滤波器经具有2个通带，中心频率分别为320GHz和1150GHz，透射率分别为0.5和0.6，带宽分别为30%和50%；PI衬底滤波器具有两个通带，中心频率分别为450GHz和1175GHz，透射率分别为0.4和0.95，与硅衬底结构相比，频率分别右移了130GHz和20GHz，并且透射率有明显的改善，与仿真结果基本相符。
　　2、提出一种基于开口谐振环结构(SRR)的双开口谐振单元组成的滤波器，使用CST MWS软件进行仿真，设计了滤波器的结构。加工的成品经测试，在0.33 THz出现一个高通谐振峰，透过率达到0.9，3 dB带宽为72%；另一个高通谐振峰在1.12 THz，透过率达到0.86，3 dB带宽为48%。
　　3、锶铁氧体极化偏转性质的探索：以五种不同的烧结温度制备了锶铁氧体，采用THz-TDS测试系统对样品进行THz波透射测试，表明THz波透射率会随着烧结温度的增加而降低。另外，本文搭建了THz无线收发系统，并测试了样品在该系统下的透射率及极化偏转角，材料的极化偏转角随烧结温度的增加有缓慢增加的趋势。

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第一章 绪 论

1.1太赫兹波概述

1.2太赫兹通信简介

1.3太赫兹波滤波器的发展现状

1.4 太赫兹极化偏转器

1.5论文主要内容

第二章 超材料带通滤波器理论研究

2.1太赫兹滤波器仿真系统简介

2.2 太赫兹时域光谱技术简介

2.3柔性衬底

2.4太赫兹波带通滤波器结构设计与优化

2.5本章小结

第三章 超材料带通滤波器实验研究

3.1 超材料滤波器的加工工艺

3.2 超材料滤波器的制备

3.3工艺的探索与分析

3.2滤波器透射性能的测试

3.4 本章小结

第四章 基于SRR结构超材料滤波器的研究

4.1开口谐振环简介

4.2基于双SRR结构滤波器的设计

4.3器件加工与性能测试

4.4本章小结

第五章 THz波极化转换器初步研究

5.1极化偏转器的工作原理

5.2非互易性材料的选择与制备

5.3样品的表征与性能测试

5.4太赫兹波性能测试

5.5本章小结

第六章 结 论

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果