柔性太赫茲超材料的應(yīng)力響應(yīng)與表面波傳播特性研究.pdf

1、太赫茲（THz）波是介于紅外和微波之間的頻譜，頻譜范圍從0.1到10 THz。從能量上看，THz波介于電學(xué)和光學(xué)的過(guò)渡區(qū)域。由于其帶寬特性比微波高1-4個(gè)數(shù)量級(jí)，能量轉(zhuǎn)換效率又比光波高，在衛(wèi)星通信、武器制導(dǎo)、公共安全、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、天文觀測(cè)和軍事等領(lǐng)域有非常重要的研究?jī)r(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。但由于太赫茲波處于特殊的電磁波譜位置，多年來(lái)一直沒(méi)有引起人們的廣泛研究，被稱(chēng)為“太赫茲間隙”。超材料(metamaterials)通過(guò)人工設(shè)計(jì)其

2、單胞結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)所需的電磁響應(yīng)，這為填補(bǔ)“太赫茲間隙”提供了可能性，有望進(jìn)一步加深人類(lèi)對(duì)電磁波的研究和理解。本文利用光刻技術(shù)在柔性 PEN(polythylene naphthalate)襯底上實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的柔性太赫茲超材料制備，研究了在可彎曲應(yīng)用條件下柔性太赫茲超材料的應(yīng)力響應(yīng)，系統(tǒng)分析了外加機(jī)械應(yīng)力與其電磁耦合特性的關(guān)系；此外，研究了基于雙暗態(tài)共振的表面波方向性傳播特性。本論文主要成果如下：
　　1.利用紫外光刻與電子束蒸發(fā)技

3、術(shù)在柔性 PEN襯底上制備了太赫茲超材料單胞陣列，并系統(tǒng)研究了曝光時(shí)間和顯影時(shí)間對(duì)不同厚度 PEN襯底上超材料結(jié)構(gòu)成型工藝的影響，成功獲得誤差＜1μm的PEN襯底柔性太赫茲超材料。
　　2.在75μm厚的PEN襯底上設(shè)計(jì)和制備了兩類(lèi)基于開(kāi)口共振環(huán)的對(duì)稱(chēng)性柔性太赫茲超材料：共振環(huán)開(kāi)口面對(duì)面排列的FlexMetaF和背靠背排列的FlexMetaB。結(jié)果表明，當(dāng)不施加壓應(yīng)力時(shí)，兩類(lèi)太赫茲超材料呈現(xiàn)出相同的電磁波響應(yīng)，其共振谷均出現(xiàn)在共振

4、頻率約1.3 THz處；通過(guò)改變彎曲應(yīng)力，兩類(lèi)太赫茲超材料的響應(yīng)特性便有所不同，F(xiàn)lexMetaF在1.2 THz處出現(xiàn)透射峰，而 FlexMetaB則大約在原共振谷頻率1.3 THz處出現(xiàn)透射峰。最后，通過(guò)數(shù)值計(jì)算和諧振子模型對(duì)兩類(lèi)超材料不同的應(yīng)力響應(yīng)特性機(jī)理做出了研究和分析。
　　3.理論設(shè)計(jì)了具有頻率分辨的方向性表面波傳播超材料結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)基于雙暗態(tài)共振效應(yīng)。在第一個(gè)耦合共振頻率0.634 THz處，產(chǎn)生的表面波主要向上下兩