论文部分内容阅读
超表面(Metasurface)具有与传统电磁材料不同的特殊性质，是一种独特的人造二维周期结构，由于其易于集成、可以灵活调控电磁波等特点，它的发展前景是不可估量的。用于设计超表面器件的材料由早的传统材料，如金属、介质等，逐渐发展到了黑磷、石墨烯等新型电磁材料。最近，被称作“三维石墨烯”的狄拉克半金属，由于它的高电子迁移率吸引了人们的注意，因此被应用在超表面器件的设计与研究中。太赫兹吸波器对太赫兹技术来说是十分重要的一部分，因此，本文利用狄拉克半金属的优良特性，设计了几种在太赫兹频段内基于狄拉克半金属超表面的吸波器，并研究了其吸收性能，分析了它们的吸收机理。
本文使用CSTMicrowaveStudio2016仿真软件对基于狄拉克半金属超表面的可调谐功能器件进行设计与研究，主要内容包括：
1．深入研究超表面器件的原理以及吸波器的分析方法，讨论分析了狄拉克半金属的电磁特性，包括电导率、介电常数、色散特性等，为设计和研究基于狄拉克半金属超表面的功能器件提供了理论基础。
2．在太赫兹频段内，设计了基于狄拉克半金属超表面，且宽带范围内可动态调谐的窄带单频吸波器。研究结果表明：吸波器在频率2.46THz至3.50THz的范围内可以实现动态调控，且吸收率均保持在99.5%以上，品质因数为29.8，具有入射角度和极化不敏感的特性；讨论了狄拉克半金属结构的尺寸与介质层的介质常数等参数对单频带吸波器性能的影响。通过对共振频率2.98THz处的电磁场强度、电流分布和磁场分布的分析，揭示其吸波机理。此外，针对TM模式和TE模式有不同的吸收需求，设计了两种极化敏感的吸波器，可以实现在单共振频点下TM波全吸收或TE波全吸收。
3．根据单频带吸波器的设计，利用不同尺寸下共振点不同的结论与吸收峰叠加原理，设计了基于狄拉克半金属超表面的双频带与宽带吸波器，双频吸波器在4.26Hz和5.34THz两频点吸收效率在88%以上，并且通过调节狄拉克半金属的费米能级，使其可在太赫兹波段内宽带范围完成动态调控；另外，所设计的宽带吸波器可以在4.78THz与5.43THz之间实现70%的吸收效率。
本文使用CSTMicrowaveStudio2016仿真软件对基于狄拉克半金属超表面的可调谐功能器件进行设计与研究，主要内容包括：
1．深入研究超表面器件的原理以及吸波器的分析方法，讨论分析了狄拉克半金属的电磁特性，包括电导率、介电常数、色散特性等，为设计和研究基于狄拉克半金属超表面的功能器件提供了理论基础。
2．在太赫兹频段内，设计了基于狄拉克半金属超表面，且宽带范围内可动态调谐的窄带单频吸波器。研究结果表明：吸波器在频率2.46THz至3.50THz的范围内可以实现动态调控，且吸收率均保持在99.5%以上，品质因数为29.8，具有入射角度和极化不敏感的特性；讨论了狄拉克半金属结构的尺寸与介质层的介质常数等参数对单频带吸波器性能的影响。通过对共振频率2.98THz处的电磁场强度、电流分布和磁场分布的分析，揭示其吸波机理。此外，针对TM模式和TE模式有不同的吸收需求，设计了两种极化敏感的吸波器，可以实现在单共振频点下TM波全吸收或TE波全吸收。
3．根据单频带吸波器的设计，利用不同尺寸下共振点不同的结论与吸收峰叠加原理，设计了基于狄拉克半金属超表面的双频带与宽带吸波器，双频吸波器在4.26Hz和5.34THz两频点吸收效率在88%以上，并且通过调节狄拉克半金属的费米能级，使其可在太赫兹波段内宽带范围完成动态调控；另外，所设计的宽带吸波器可以在4.78THz与5.43THz之间实现70%的吸收效率。