宽频太赫兹吸波材料的研究

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1、分类号：O441密级：可公开UDC：编号：宽频太赫兹吸波材料的研究RESEARCHONBROADBANDTERAHERTZABSORBER学位授予单位及代码：长春理工大学(10186)学科专业名称及代码：光学工程(080300)研究方向：宽频太赫兹源及其器件申请学位级别：工学硕士指导教师：罗春华副教授彭晓昱研究员研究生：张冬煜论文起止时间：2016.09-2018.03摘要太赫兹技术在材料、化学、生物医学、安检等许多领域有独特的应用前景，但目前由于缺乏有效的太赫兹波探测器件，上述应用受到严重制约。超薄宽带太赫兹吸波材料是实现高灵敏度快速宽带太赫兹探测器件的有效途径

2、，但要获得超薄宽带太赫兹吸波材料，仍然面临诸多挑战。本文围绕实现超薄宽带太赫兹吸波材料的目标，主要开展了以下几个方面的工作：(1)参与了用于测量和表征包括太赫兹吸波材料和太赫兹波调制材料等太赫兹功能材料的宽频太赫兹时域光谱系统的研制工作，利用单发时域光谱技术对太赫兹源进行了优化，搭建了基于空气相干探测技术的宽频太赫兹时域光谱系统，光谱响应范围达到0.1-10THz，最佳峰值信噪比达到40dB；(2)仿真设计了基于镍柱周期阵列结构和硅材料结合的超薄宽带太赫兹吸波材料，经优化后该材料厚度小于15μm，在2.4-10THz带宽内吸收效率大于80%；(3)在上述镍柱周期阵

3、列结构基础上，进一步仿真设计了基于镍硅叠层柱周期阵列结构的超薄宽带太赫兹吸收材料，经优化后该材料厚度小于17μm，在1.45-7.92THz频谱范围内平均吸收效率大于80%；(4)仿真设计了一种基于二氧化钒薄膜和超材料结构相结合的光激发快速主动式太赫兹波调制材料，发现通过改变材料周期结构参数可以改变太赫兹调制频率，获得在2.93THz、3.28THz处调制深度分别为56%、71%和在2THz、2.69THz处调制深度分别为82%、71%的两种光激发快速调制材料，这些材料与基于高吸收效率的宽带太赫兹吸波材料的高灵敏度太赫兹探测器件结合使用，可实现快速主动式太赫兹波探

4、测。(5)针对现有干法刻蚀和湿法刻蚀都难以实现对介于纳米和亚毫米之间跨尺度和高深宽比太赫兹波段功能材料样品的微米加工技术瓶颈，提出了一种利用基于微透镜阵列聚焦飞秒激光的光刻方法，设计并正在搭建飞秒激光光刻系统。该系统可望用于包括上述太赫兹吸波材料和调制材料等跨尺度太赫兹功能材料和器件的加工制备。关键词：吸波材料吸收带宽吸收效率调制材料调制深度微纳结构IABSTRACTTerahertz(THz)technologyhasshownitsdistinctiveapplicationinmaterials,chemistry,biomedicine,securitya

5、ndotherfields.However,theseapplicationsareseverelyrestrictedduetothelackofeffectiveTHzdetectors.AneffectivewaytorealizebroadbandTHzdetectorwithhighsensitivityandfastresponseisultra-thinbroadbandTHzabsorber.Butitstillfacesmanychallengestoobtainultra-thinbroadbandTHzabsorber.Torealizeth

6、egoalofultra-thinbroadbandTHzabsorber,myresearchworkfocusesonthefollowingaspects:(1)ParticipatedintheresearchonbroadbandTHztime-domainspectroscopy(THz-TDS)systemusedtomeasureandcharacterizetheTHzfunctionalmaterialssuchasTHzabsorbersandTHzmodulators.GenerationofTHzwaveisoptimizedbysing

7、le-shotTDSdetectiontechniqueandabroadbandTHz-TDSsystemisestablished.Basedonaircoherentdetectiontechnique,thissystemreachesthewavelengthresponserangeof0.1-10THzwiththepeakSNRofover40dB.(2)Aultra-thinbroadbandTHzabsorberbasedonastructureofperiodicarrayofnickelpillarscombinedwithsilicon.

8、isdes