基于超材料的光學(xué)射頻一體化探測(cè)方法研究.pdf

1、迄今為止，探索將光學(xué)、射頻探測(cè)技術(shù)加以融合的方法已成為國(guó)際上高性能寬譜探測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)光學(xué)、射頻一體化探測(cè)的關(guān)鍵是找到這兩類電磁波場(chǎng)同時(shí)滿足的物理架構(gòu)，從而再現(xiàn)光頻段的小型與靈巧特征，以及射頻段的遠(yuǎn)距離與穿透探測(cè)能力。人工圖案結(jié)構(gòu)的超材料在太赫茲共振感應(yīng)方面，表現(xiàn)出了將具有光學(xué)、射頻二元電磁波譜屬性的電磁波場(chǎng)，高效耦合到圖案化微納特征尺度光敏結(jié)構(gòu)上的高效感應(yīng)效能，以及通過(guò)特殊微納金屬結(jié)構(gòu)感知入射電磁波場(chǎng)這一物理屬性。本文首先采用

2、超材料對(duì)太赫茲信號(hào)進(jìn)行感測(cè)研究，解決涉及基礎(chǔ)理論、基本方法和關(guān)鍵工藝等基礎(chǔ)問(wèn)題，進(jìn)而擴(kuò)展到光學(xué)、射頻電磁信號(hào)的一體化探測(cè)。論文主要內(nèi)容為：
　　首先開(kāi)展了圖案化電極超材料的研究。針對(duì)超材料結(jié)構(gòu)中包含開(kāi)環(huán)共振單元形態(tài)、排列方式和線寬，開(kāi)孔的數(shù)目、尺寸和分布周期，金屬電極介電常數(shù)、厚度和電導(dǎo)率，砷化鎵襯底的電子濃度和介電常數(shù)等特征，以及入射電磁波場(chǎng)的邊界條件與偏振方向等屬性進(jìn)行建模。采用頻域有限元法仿真超材料的太赫茲透射行為，確定各型

3、超材料對(duì)太赫茲波的感應(yīng)特性?；诜抡婺Ｐ秃蜕榛壔叽?，設(shè)計(jì)了肖特基型超材料器件的光刻版圖。為了解決砷化鎵基片薄、脆以及金屬圖案電極線寬較窄，轉(zhuǎn)角與連線密集而導(dǎo)致較難剝離等問(wèn)題，在器件制作過(guò)程中采用正、負(fù)膠聯(lián)合方式開(kāi)展工藝制作。采用金絲壓焊工藝將制作好的超材料器件及其電極焊接在開(kāi)孔電路版上，發(fā)展了基于復(fù)雜圖案結(jié)構(gòu)的肖特基型超材料的器件化工藝方法。
　　然后在校驗(yàn)肖特基型超材料電子學(xué)性能基礎(chǔ)上，采用包含不同開(kāi)孔、形態(tài)等的多種微結(jié)構(gòu)

4、電極圖案的超材料進(jìn)行太赫茲透射實(shí)驗(yàn)，開(kāi)展了功能化超材料器件對(duì)單頻太赫茲激光的感測(cè)研究，分析了超材料器件對(duì)太赫茲波的感應(yīng)效率、全局透射峰、局部透射峰與電極形態(tài)特征、界面布局以及器件的電子學(xué)配置間的相互關(guān)系。
　　圍繞基于超材料感應(yīng)寬頻太赫茲波進(jìn)行了深入研究。采用不同電極圖案的超材料對(duì)砷化銦晶體產(chǎn)生的寬頻太赫茲波進(jìn)行了測(cè)試，分析了透射信號(hào)頻譜特性，發(fā)展了基于偶極子共振特性的圖案化肖特基型超材料器件。采用不同電極圖案的超材料對(duì)砷化鎵光電

5、導(dǎo)天線產(chǎn)生的寬頻太赫茲波進(jìn)行了測(cè)試，分析了透射信號(hào)幅度增強(qiáng)與驅(qū)控電壓的關(guān)系，發(fā)展了雙模共振（法布里珀羅共振、表面等離子體激元共振）型超材料器件對(duì)寬頻太赫茲波的感測(cè)與器件化方法。
　　進(jìn)一步開(kāi)展了功能化超材料對(duì)光頻紅外信號(hào)的探測(cè)研究。采用近紅外激光和黑體光源，分析了不同電極圖案的超材料在不同曝光時(shí)間、不同距離等參數(shù)條件下的透射圖像特征，發(fā)現(xiàn)超材料器件的頂層電極區(qū)無(wú)金屬處出現(xiàn)了密集分布、強(qiáng)度較大、尺寸極小的亮點(diǎn)/斑分布，發(fā)展了超材料對(duì)