柔性太赫茲超材料的應力響應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波介于電學和光學的過渡區(qū)域。由于其帶寬特性比微波高1-4個數(shù)量級，能量轉換效率又比光波高，在衛(wèi)星通信、武器制導、公共安全、生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)測、天文觀測和軍事等領域有非常重要的研究價值和廣泛的應用前景。但由于太赫茲波處于特殊的電磁波譜位置，多年來一直沒有引起人們的廣泛研究，被稱為“太赫茲間隙”。超材料(metamaterials)通過人工設計其

2、單胞結構可以實現(xiàn)所需的電磁響應，這為填補“太赫茲間隙”提供了可能性，有望進一步加深人類對電磁波的研究和理解。本文利用光刻技術在柔性 PEN(polythylene naphthalate)襯底上實現(xiàn)了高質量的柔性太赫茲超材料制備，研究了在可彎曲應用條件下柔性太赫茲超材料的應力響應，系統(tǒng)分析了外加機械應力與其電磁耦合特性的關系；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)研究了曝光時間和顯影時間對不同厚度 PEN襯底上超材料結構成型工藝的影響，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襯底上設計和制備了兩類基于開口共振環(huán)的對稱性柔性太赫茲超材料：共振環(huán)開口面對面排列的FlexMetaF和背靠背排列的FlexMetaB。結果表明，當不施加壓應力時，兩類太赫茲超材料呈現(xiàn)出相同的電磁波響應，其共振谷均出現(xiàn)在共振

4、頻率約1.3 THz處；通過改變彎曲應力，兩類太赫茲超材料的響應特性便有所不同，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，通過數(shù)值計算和諧振子模型對兩類超材料不同的應力響應特性機理做出了研究和分析。
　　3.理論設計了具有頻率分辨的方向性表面波傳播超材料結構，該結構基于雙暗態(tài)共振效應。在第一個耦合共振頻率0.634 THz處，產生的表面波主要向上下兩