太赫兹超材料的吸收调制方法

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《2024年基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器》范文

《基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器》篇一一、引言随着科技的发展，太赫兹（THz）波因其独特的应用前景和在材料科学、生物学以及安全检查等多个领域的广泛使用而受到重视。

超材料吸收器作为太赫兹波应用的关键技术之一，其性能的优化和功能的拓展一直是科研领域的热点。

本文提出了一种基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器，旨在通过新型材料的结合，实现吸收器性能的优化和功能的拓展。

二、材料选择与原理1. 石墨烯石墨烯是一种由单层碳原子构成的二维材料，具有优异的电学、热学和光学性能。

在太赫兹波段，石墨烯因其独特的电导率可调性，被广泛用于太赫兹器件的设计中。

2. 二氧化钒二氧化钒（VO2）是一种相变材料，其相变温度附近具有显著的电学和光学性能变化。

在太赫兹波段，通过控制VO2的相变，可以实现频率的快速切换和调谐。

基于上述两种材料的独特性质，本文设计的太赫兹可调谐超材料吸收器，利用石墨烯的电导率可调性和二氧化钒的相变特性，实现了吸收器在太赫兹波段的频率可调谐性。

三、设计及实验本文设计了一种基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹超材料吸收器结构，通过仿真和实验验证了其性能。

在仿真中，我们通过调整石墨烯的电导率和二氧化钒的相变状态，观察了吸收器在不同条件下的性能变化。

实验结果与仿真结果高度一致，证明了该设计的有效性。

四、应用与展望本文所设计的太赫兹可调谐超材料吸收器具有广阔的应用前景。

在未来，它可以应用于通信、生物医学、安全检查等多个领域。

此外，这种设计也为进一步研究和开发新型太赫兹器件提供了新的思路和方向。

总结，基于石墨烯和二氧化钒的太赫兹可调谐超材料吸收器的设计，实现了太赫兹波段频率的快速切换和调谐，具有广阔的应用前景。

随着研究的深入，相信该技术在多个领域都将展现出强大的潜力。

上述信息仅供参考，具体内容可根据需求调整优化。

基于超材料的多频带可调谐太赫兹吸收器

第39卷第6期2020年12月Vol.39No.6December2020红外与毫米波学报J.Infrared Millim.Waves文章编号：1001-9014(2020)06-0735-07DOI：10.11972/j.issn.1001-9014.2020.06.011基于超材料的多频带可调谐太赫兹吸收器佟艳群2,汪诗妍1'2，宋效先1'2'3，杨磊2，姚建铨1'3，叶云霞1'2，任云鹏1'2，张雅婷1'2'3，辛姗姗2,任旭东2(1.江苏大学微纳光电子与太赫兹技术研究院，江苏镇江212013；2.江苏大学机械工程学院，江苏镇江212013；3.天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津300072)摘要:设计了一种多频带可调谐的太赫兹超材料吸收器。

在超材料吸收器的结构中，引入光敏半导体硅材料，设计特殊的顶层金属谐振器,分析开口长度、线宽、介质层厚度等参数尺寸对太赫兹超材料吸收器的吸收光谱特性影响。

根据光照与光敏半导体硅电导率之间的关系，研究太赫兹超材料吸收器的频率调谐特性。

仿真结果得到太赫兹波段的12个吸收频率调制，其中有10处吸收峰的吸收率超过90%近完美吸收，且有6处吸收率达到99%的完美吸收，而且吸收率调制深度和相对带宽分别达到85.9%和85.5%，具有很强的可调谐特性。

设计的光激励太赫兹超材料吸收器结构简单，具有多频带可调谐和完美吸收特性，扩大了吸收器的应用范围。

关键词：太赫兹吸收器；超材料；光激励；多频带可调谐中图分类号:O436文献标识码：AMulti-band tunable terahertz absorber based on metamaterialTONG Yan-Qun1，2*,WANG Shi-Yan1，2,SONG Xiao-Xian1，2，3,YANG Lei2,YAO Jian-Quan1，3,YE Yun-Xia1，2,REN Yun-Peng1，2,ZHANG Ya-Ting1，2，3,XIN Shan-Shan2,REN Xu-Dong1，2*(1.Institute of Micro-nano Optoelectronics and Terahertz Technology,Jiangsu University,Zhenjiang212013,China;2.School of Mechanical Engineering,Jiangsu University,Zhenjiang212013,China;3.School of Precision Instrument and Optoelectronic Engineering Tianjin University Tianjin300072China)Abstract：A multi-band tunable terahertz metamaterial absorber is proposed.In the structure of the metamaterial absorber a photosensitive semiconductor silicon material was added and a special top metal resonator was designed.Analyzed the influence of the parameters such as the opening length line width and dielectric layer thickness on the absorption spectral characteristics of the terahertz metamaterial absorber.According to the relationship between illumination and the conductivity of photosensitive semiconductor silicon the frequency tuning characteristics of the terahertz metamaterial absorber was studied.The simulation results obtain12absorption frequency modulations in the terahertz band the absorption rate of10absorption peaks of them exceeds90%near perfect absorption,and6absorptions rate up to99% perfect absorption.Moreover,the absorptivity modulation depth and relative bandwidth reaches85.9%and85.5%respectively with strong tunable characteristics.The photo excited terahertz metamaterial absorber has a simple structure multi-band tunable and perfect absorption characteristics and expands the application range of the absorber.Key words：t erahertz absorber metamaterials photo excited multi-band tunablePACS：42.70.Gi，81.05.Lg，78.20.Ci收稿日期：2020-02-05,修回日期：2020-06-15Received date:2020-02-05,Revised date:2020-06-15基金项目：国家自然科学基金项目(51405200,51775253),江苏省六大人才高峰创新团队项目(TD-KTHY-005)，中国博士后科学基金(2015M580395,2019M651725),江苏省自然科学基金(BK20180862,BK20170559, BK20190839)Foundation items:Supported by National Natural Science Foundation of China(51405200,51775253),Six Talent Summit Innovation Team Projects in Jiangsu Province(TD-KTHY-005),China Postdoctoral Science Foundation(2015M580395,2019M651725),Natural Science Foundation of Jiangsu Province(BK20180862,BK20170559,BK20190839)作者简介(Biography):佟艳群(1981-),女,四川眉山人,副教授,博士，主要从事光与物质相互作用研究。

可调控太赫兹吸收器调制方法

可调控太赫兹吸收器调制方法刘伟;杨其利;闫昕;杨茂生;梁兰菊【摘要】设计了一种窗棂夕阳图案太赫兹超材料吸收器.利用这种图形,从超材料太赫兹吸收器结构出发,分别通过改变顶层图案几何尺寸、中间层电介质厚度、顶层图案开口处的硅电导变化率等,设计可调控太赫兹波双频、三频、四频吸收器.重点分析了顶层图案开口处的硅电导率变化的可调控太赫兹波双频吸收器机理,其低频吸收峰吸收率由68.7％增至99.9％,同时低频吸收峰频率1.043 THz红移至1.005 THz,产生38 GHz偏移,可以实现连续频率调谐.并提出进一步深入研究本课题的建议.【期刊名称】《电子元件与材料》【年(卷),期】2019(038)001【总页数】5页(P78-82)【关键词】太赫兹波;超材料吸收器;开口谐振环;隐身材料;电导率;调控【作者】刘伟;杨其利;闫昕;杨茂生;梁兰菊【作者单位】枣庄学院光电工程学院, 山东枣庄 277160;枣庄学院光电工程学院, 山东枣庄 277160;枣庄学院光电工程学院, 山东枣庄 277160;枣庄学院光电工程学院, 山东枣庄 277160;枣庄学院光电工程学院, 山东枣庄 277160;天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072【正文语种】中文【中图分类】TN91;TB34超材料 (Metamaterials)具有负折射率、完美透镜、隐身特性等而被广泛应用[1-3]。

超材料吸收器在可见光段、微波光段、太赫兹波段对入射的电磁波都有完美吸收。

吸波作为隐身材料实现的主要途径之一,是将投射到它表面的电磁波通过吸收而损耗掉,从而能隐身。

智能隐身材料对电磁参数可主动控制,可自动调节电磁性能,对电子通信和军事行业都产生重要影响。

太赫兹波段超材料吸收器由周期的图案谐振单元、电介质层、金属底层组成[4-5]。

现在理论上对共振频率处实现吸收原理有三类:一类是阻抗匹配原理；二类是多次反射干涉原理；三类是传输线理论。

太赫兹辐射的发射机理和调制方法

太赫兹辐射的发射机理和调制方法太赫兹辐射是介于微波和红外光之间的一种电磁波辐射，其波长范围为0.1-10毫米，在各个领域具有广泛应用。

然而，太赫兹波段的发射机理比较复杂，同时其信号调制方法也相对复杂，需要科学家们进行大量研究和探索。

本文将重点介绍太赫兹辐射的发射机理和调制方法。

一、太赫兹辐射的发射机理太赫兹辐射的发射机理是由太赫兹频率下电子与晶格之间相互作用的结果。

当电子穿过材料的晶格时，会与晶格发生相互作用，并且会发生大量的散射。

这种散射过程将吸收和发射太赫兹波。

因此，太赫兹辐射的发射需要充分考虑电子与晶格之间的相互作用过程。

具体来说，太赫兹辐射的发射可通过以下两种方式实现。

1.基于热效应的太赫兹辐射发射太赫兹辐射的发射机理之一是基于材料的热效应。

在这种情况下，射线的能量通过材料被吸收，然后在材料表面以太赫兹波的形式释放出来。

这种方法适用于绝大多数材料，但发射强度较低且不易调制。

2.基于非线性效应的太赫兹辐射发射另一个太赫兹辐射的发射机理是基于非线性效应。

这是一种可以增加太赫兹波辐射的强度和稳定性的方法。

光学非线性是一个普遍存在的现象，在一些材料中甚至将这种非线性效应放大数千倍。

太赫兹辐射的波长跨度大，在介质中经过传播后，与材料中的电子产生相互作用，产生非线性效应，从而释放更多的太赫兹波，使辐射强度增加。

二、太赫兹辐射的调制方法太赫兹辐射的调制方法是控制太赫兹波的频率、幅度和相位的一种方法，用于改变太赫兹辐射信号的特性和波形。

由于太赫兹辐射信号的频率特性和幅度特性都具有唯一性，因此太赫兹辐射的调制方法被广泛应用于各种应用领域。

1. 基于材料的调制方法太赫兹辐射的调制方法之一，就是基于太赫兹辐射材料的特性来实现信号的调制。

这种方法利用材料的特性来控制太赫兹辐射信号的传输和响应。

例如，可以使用具有非线性电学效应的材料对太赫兹辐射信号的幅度和相位进行调制。

2. 基于电子束的调制方法太赫兹辐射可由电子束激发产生，因此可以通过控制电子束的运动来调制太赫兹辐射信号。

超材料结构设计与太赫兹波调控

超材料结构设计与太赫兹波调控当我们谈论超材料时，我们指的是那些具有超常物理性质的材料，如负折射率、隐身衣、完美透镜等。

这些材料由于其独特的性质，已经在许多领域引起了广泛的。

超材料结构的设计与太赫兹波的调控更是成为了研究热点，为科技发展开启新的篇章。

超材料结构设计包括理论研究和实验室实践。

在理论方面，研究人员利用计算机进行建模和仿真，预测并理解超材料的各种性质和行为。

例如，通过模拟和计算，科学家们成功设计出一种具有负折射率的超材料，这一发现为开发新的光学器件和隐身技术提供了可能。

在实验室实践中，科学家们将理论模型转化为实际样品，通过实验验证超材料结构的可行性和性能。

研究人员利用精密的实验设备和技术，如电子显微镜和光谱分析仪等，对超材料结构进行细致的研究。

通过这些实验，科学家们不断优化超材料结构设计，提高其性能并探索其应用潜力。

太赫兹波是一种重要的光子探测手段。

由于其独特的性质，太赫兹波在超材料研究中发挥着重要作用。

太赫兹波具有高穿透力和低能量密度，可以用来探测超材料的内部结构和性质。

太赫兹波还具有宽带宽和高速传输等特性，可以应用于高速光学通信和成像等领域。

在超材料结构设计中，太赫兹波的调控具有重要意义。

通过调控太赫兹波的频率、幅度和相位等参数，可以实现对超材料结构的精确调控。

例如，科学家们利用太赫兹波的调控技术，成功实现了对负折射率超材料的调控，进一步提高了超材料的性能和应用范围。

让我们来看一个具体的案例：科学家们通过对超材料结构的设计和太赫兹波的调控，发现了一系列新的物理现象和性质。

在一项研究中，科学家们设计了一种特定的超材料结构，并通过太赫兹波的调控技术，成功实现了对吸收光谱和跃迁振动的控制。

这一发现不仅为超材料的研究提供了新的思路和方法，也为光学、通信等领域的研究开辟了新的可能。

超材料结构设计与太赫兹波调控是未来科技的重要发展方向。

随着研究的深入，我们可以预见，未来超材料将发挥更大的作用，为人类社会带来更多的科技福利。

基于超材料的可调谐的太赫兹波宽频吸收器

‡ 通信作者. E-mail: songxiaoxian@
© 2019 中国物理学会 Chinese Physical Society

247802-1
物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 68, No. 24 (2019) 247802
* 中国博士后科学基金 (批准号: 2019M651725)、江苏省自然科学基金 (批准号: BK20180862, BK20190839) 和江苏省研究生科研
创新计划 (批准号: KYCX19_1583) 资助的课题. † 通信作者. E-mail: 2111803010@
了结构简单、易于生产的特点, 也解决了吸收器只能被动调节的不足.
本文提出了一种“T”型结构的、太赫兹和远红外频率范围的超材料吸收器. 它采用经典的金属层-介质层-超材料层的层状结构, 即以一块金属薄板作为基底, 以聚酰亚胺作为匹配介质层置于金属层之上, 最上面一层是带图案的金属-硅混合层. 数值计算证明, 通过改变半导体的电导率, 所设计的吸收器可以在期望的频率范围内获得近乎完美的吸收 . 当硅电导率为 1600 S/m 时 , 吸收器在 0.786 THz 频率处达到吸收峰值 , 其吸收率为 99.998%, 而且吸收率超过 90% 的频带宽度达到了 240 GHz. 另外, 通过调节硅片电导率, 可以轻易地调整吸收带的有无以及吸收峰频率点, 吸收峰频率点可在 30 GHz 的宽度范围内调整.
物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 68, No. 24 (2019) 247802
基于超材料的可调谐的太赫兹波宽频吸收器*
陈俊 1)2)
杨茂生 1)2)† 李亚迪 1)2) 程登科 1)2) 郭耿亮 1)2) 张海婷 1)2) 宋效先 1)2)3)‡ 叶云霞 1)2) 任云鹏 1)2)

太赫兹技术在物理实验中的应用与调试方法

太赫兹技术在物理实验中的应用与调试方法太赫兹技术是一种近年来备受关注的新兴技术，它在物理实验中具有广泛的应用前景。

本文将从太赫兹技术的原理、应用以及调试方法等方面进行论述。

首先，我们来了解一下太赫兹技术的原理。

太赫兹辐射与微波、红外线和光波之间处于一个频率范围内，这个频率范围被称为太赫兹波段。

太赫兹波段的频率高于微波，低于红外线和光波，因此也被称为“空白频谱”。

太赫兹辐射的传播性能在物理实验中有着广泛的应用，如材料的物性研究、非破坏性检测和成像等。

在物理实验中，太赫兹技术的应用非常广泛。

首先，它在材料的物性研究中起着重要的作用。

太赫兹波可以穿透各种非金属材料，如塑料、纸张和绝缘体等，通过研究太赫兹波在材料中的传播和吸收等特性，可以得到材料的光电性能信息，这对于材料的设计和制备有着重要的意义。

其次，太赫兹技术在非破坏性检测中也有着广泛的应用。

太赫兹波在物质中的传播受到其电磁波与物质中的分子振动、晶格振动以及自由载流子的相互作用而受到影响。

通过研究太赫兹波在材料中的传播变化，可以获得材料的电磁特性和物理结构等信息。

这对于检测材料的缺陷、老化情况以及材料中的异质结构等有着非常重要的意义。

此外，太赫兹技术在成像方面也有着重要的应用。

太赫兹波能够穿透许多非金属材料，并且对于生物组织的成像具有很高的分辨率，因此在医学领域有着广泛应用的前景。

例如，利用太赫兹波可以对皮肤组织进行成像，以帮助医生诊断皮肤病变情况，对癌细胞等进行早期检测。

然而，在进行太赫兹技术实验时，我们需要注意一些调试方法以获得准确的结果。

首先，由于太赫兹波在传播过程中容易被大气吸收，因此在实验中需要进行大气吸收的补偿。

一种常用的方法是通过对太赫兹波进行复发频率调制，以避免受大气吸收的影响。

其次，太赫兹技术的测量精度与实验样品之间的接触也有一定关系。

为了减少实验误差，我们可以利用硅胶薄片将样品与实验设备间隔开一定距离，以减小接触效应对测量结果的干扰。

太赫兹波频段的吸波材料研究

太赫兹波频段的吸波材料研究太赫兹波频段是介于毫米波和红外波段之间的电磁波区域，其具有高穿透性和成像精度，被广泛应用于医学检测、安检、无线通信、远程探测等领域。

然而，由于太赫兹波频段的特殊性质，其在使用过程中容易与其他电磁波产生干扰，造成无法预测的设备故障和数据传输中断。

为解决这一问题，吸波材料被引入太赫兹波领域，成为调控太赫兹波信号的关键技术。

一、太赫兹波频段的特性与吸波材料应用1. 太赫兹波频段的电磁波特性太赫兹波频段的电磁波波长范围在0.1mm至1mm之间，频率为0.3THz至10THz。

相比于其他电磁波，太赫兹波频段具有高能量和高分辨率的特点。

在物质的表面和内部结构中，太赫兹波能够穿透和探测到水分子、生物大分子、半导体和金属材料等，是一种非常有用的光谱分析工具。

2. 吸波材料在太赫兹波频段的应用太赫兹波频段的应用领域越来越广泛，但在使用过程中，太赫兹波能与其他电磁波相互干扰，降低工作效率，对设备造成一定影响。

为了解决这一问题，吸波材料应运而生。

吸波材料是一种能够在外加电磁波作用下将丝毫能量都不反射回去的材料，可以减少电磁波反射和散射，避免信号干扰和漏泄。

二、太赫兹波吸波材料研究进展1. 太赫兹波吸波材料的研究现状随着太赫兹波频段的广泛应用，太赫兹波吸波材料的研究逐渐被人们重视。

目前，研究者主要从合成、界面调控和多相结构设计等角度出发，探究新型吸波材料的结构与效能之间的关系。

2. 新型太赫兹波吸波材料的研究进展（1）碳纳米管/石墨烯复合吸波材料碳纳米管/石墨烯复合吸波材料是一种在太赫兹波频段有很好吸波性能的新型材料。

石墨烯具有优异的导电性和热导率，而碳纳米管则具有良好的吸波性，两种材料混合后既具有了优异的导电性，又提高了吸波性能。

（2）铁磁性吸波材料铁磁性吸波材料能够在外加磁场作用下对不同频率的电磁波产生吸收反应，具有一定的可调节性。

近年来，研究者通常采用氧化铁、镍铁氧体等为磁性材料，改变其形态和结构，以提高其在太赫兹波频段的吸波效能。

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嫩光与光电子学进展
５３，１１０００２（２０１６）
Ｌａｓｅｒ＆ＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＰｒｏｇｒｅｓｓ
⑥２０ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ１６《中国激光》杂志社
太赫兹超材料的吸收调制方法
ｄｏｉ：１０．３７８８／ＬＯＰ５３．１１０００２
ＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｏｆＴｅｒａｈｅｒｔｚＭｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ
ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｆｏＰｈｙｓｉｃｓ，ＣａｐｉｔａｌＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｒｉｎｇ１０００４８，Ｃｈｉｎａ
ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌａｂｓｏｒｂｅｒｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｍｅｔａｌｌｉｃｒｅｓｏｎａｔｏｒ．ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ１ａｙｅｒａｎｄｍｅｔａｌｌｉｃｇｒｏｕｎｄｐｌａｎｅ．
张建娜张波沈京玲
首都师范大学物理系北京市太赫兹波谱与成像重点实验室，太赫兹光电子学教育部重点实验室，
北京成像技术高精尖创新中心，北京１０００４８
摘要
超材料吸收器由金属谐振腔、电介质层和金属底层平面这３部分组成。利用阻抗匹配原理或多次反射干涉
理论可以定性或定量地解释超材料结构对入射的电磁波在某一共振吸收峰出现完美吸收的原因。然而，当超材料的结构参数一旦确定，就只能在特定的共振频率产生完美吸收。因此，如何调制超材料吸收器的吸收频率以及吸收强度引起了人们的广泛关注。近些年来，本课题组研究了如何实现超材料吸收器的动态调制。在此基础之上，
ＭｉｎｉｓｔｒｙｆｏＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＢｅｑｉｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏＴｅｒａｈｅｒｔｚＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙａｎｄＩｍａｇｉｎｇ，
ＺｈａｎｇＪｉａｎｎａＺｈａｎｇＢｏＳｈｅｎＪｉｎｇｌｉｎｇ
ＢｅＯｉｎｇＡｄｖａｎｃｅｄＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒｆｏｒＩｍａｇｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＴｅｒａｈｅｒｔｚＯｐ０ｅＺｅｃ０竹ｃ８，
Ｕｓｉｎｇｉｍｐｅｄａｎｃｅｍａｔｃｈｉｎｇｔｈｅｏｒｙｏｒｍｕｌｔｉ — ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｔｈｅｏｒｙｃａｎｅｘｐｌａｉｎｗｈｙｔｈｅｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃａｎａｂｓｏｒｂｔｈｅｉｎｃｉｄｅｎｔｗａｖｅｓｐｅｒｆｅｃｔｌｙａｔｏｎｅｓｐｅｃｉｆｉｃｒｅｓｏｎａｎｃｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｐｅａｋ，ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅｌｙｏｒｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙ．
综述几种可以有效地调制太赫兹超材料吸收的方法，包括改变中间电介质层的厚度、调节金属底层平面的电导率或在金属谐振腔的开口处添加光敏半导体材料，并对太赫兹超材料的吸收调制的发展前景进行了展望。关键词材料；太赫兹光学；超材料吸收器；阻抗匹配原理；多次反射干涉理论；吸收调制中图分类号Ｏ４３３文献标识码Ａ