基于超材料的太赫茲與長波紅外探測方法研究.pdf

1、近些年來，探索將射頻和光頻成像探測技術(shù)相融合的有效方法和技術(shù)措施，已成為國際國內(nèi)的一個研究熱點，受到了廣泛關(guān)注和重視。基礎(chǔ)研究表明，發(fā)展基于超材料的太赫茲成像探測方法，可為實現(xiàn)真正意義上的射頻、光頻一體化圖像信息捕獲提供可能手段。超材料是一種人工復(fù)合材料，擁有獨特的電磁傳輸、介電和物質(zhì)作用屬性?；谔厥庑枨笤O(shè)計的圖案化微納介電結(jié)構(gòu)，可使其介電和磁導(dǎo)系數(shù)呈現(xiàn)所需要的量值甚至負值從而呈現(xiàn)特殊物性。一般而言，頻率約在0.1~10THz范圍內(nèi)的

2、太赫茲波處在特殊電磁譜段，具有光頻、射頻二元波譜屬性。太赫茲成像探測技術(shù)，具有較射頻更高的成像分辨率、對比度和均勻性，以及較光頻更大的穿透深度和更遠的觀察與作用距離。迄今為止，能有效探測太赫茲和長波紅外輻射的材料及功能架構(gòu)極端缺乏。超材料的出現(xiàn)，為解決這一問題帶來了契機。本文主要針對基于超材料的太赫茲和長波紅外輻射探測結(jié)構(gòu)開展研究工作，主要內(nèi)容和創(chuàng)新點如下：
　　基于納米金屬模和高純砷化鎵復(fù)合結(jié)構(gòu)，分別構(gòu)建了多種太赫茲與長波紅外超

3、材料探測架構(gòu)。利用該架構(gòu)與入射電磁波的共振響應(yīng)特性，可以得到更佳的探測效能，通過調(diào)變超材料架構(gòu)的結(jié)構(gòu)形貌和特征尺寸，可以有效改變其基于輻射探測的共振頻率；
　　利用有限元法和自適應(yīng)網(wǎng)格加密技術(shù)，對所構(gòu)建的超材料探測架構(gòu)的電、磁特性以及表面瞬態(tài)電流分布特性進行了仿真計算；利用傳輸矩陣算法模擬了超材料探測架構(gòu)的傳輸率特性；通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)和參數(shù)配置，確定了超材料探測架構(gòu)的結(jié)構(gòu)特征和核心參數(shù)指標；
　　根據(jù)陣列化超材料探測架構(gòu)的結(jié)構(gòu)特

4、征與制作工藝要求，設(shè)計了典型器件及其變體的形貌結(jié)構(gòu)指標，基于標準微電子工藝完成了多組器件的制作、測評及封裝；
　　設(shè)計了信號測試電路，搭建了器件測試平臺，獲得了特征光電響應(yīng)特性，基于測試結(jié)果與仿真數(shù)據(jù)，分析并規(guī)劃了進一步的技術(shù)發(fā)展路線；
　　通過綜合太赫茲成像探測和太赫茲相控陣的結(jié)構(gòu)特征，設(shè)計了一種太赫茲相控陣并完成了結(jié)構(gòu)制作和測試，比較和分析了這種結(jié)構(gòu)通過不同陣元相位的調(diào)節(jié)來達到最強探測輸出，該探測方法較傳統(tǒng)方法具有更高的