基于超材料的太赫兹微测辐射热计和滤波器的设计与制备

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA博士学位论文DOCTORALDISSERTATION论文题目基于超材料的太赫兹微测辐射热计和滤波器的设计与制备学科专业光学工程学号201111050106作者姓名敖天宏指导教师蒋亚东教授分类号密级注1UDC学位论文基于超材料的太赫兹微测辐射热计和滤波器的设计与制备（题名和副题名）敖天宏（作者姓名）指导教师蒋亚东教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别博士学科专业光学工程提交论文日期2018.4.17论文答辩日期2018.6.4学位授予单位和日期电子科技大学2018年

2、6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。DesignandfabricationofterahertzmicrobolometersandfiltersbasedonmetamaterialsADoctoralDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:OpticalEngineeringAuthor:AoTianhongSupervisor:Prof.JiangYadongSchool:SchoolofOptoelectronicScienc

3、eandEngineering独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研宄成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方夕卜，也不包含为，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研宄成果获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研宄所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。’作者签名：ｍ日期：ｘ脾／月斤日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文，的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘允许论文被查阅和借阅。本人授权电子

4、科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存。、汇编学位论文）（保密的学位论文在解密后应遵守此规定、＾ｆ：作者签名：４１＜Ｉ导师签名日期：年／月０日摘要摘要太赫兹波（THz）的波长介于红外和微波波段之间，具有高宽带、高穿透性、瞬态性等独特性质。随着太赫兹技术的发展，太赫兹探测在成像、爆炸物的检测和识别、通信等领域的应用备受关注。然而，由于太赫兹波的光子能量低，太赫兹探测器依然面临着低吸收和高环境噪声等问题。而传统器件结构及材料的太赫兹响应均较弱，难于满足太赫兹探测器的要求。为此，本论文针对影响非

5、制冷太赫兹探测器发展的太赫兹吸收及太赫兹滤波两个关键问题，以结构设计与仿真、器件制备与测试为主要内容，研究了基于超材料的太赫兹微测辐射热计和滤波器。本论文主要的研究内容如下：通过分析不同结构参数下电耦合开口环谐振器（eSRRs）在太赫兹波段的响应特性，研究了介质层对eSRRs的调控机制。结果发现，eSRRs作为一种超材料吸波器在太赫兹波段有两种低阶共振吸收模式：LC共振吸收和1阶偶极子共振吸收。值得注意的是，改变介质层厚度，这两种共振吸收模式会表现出相反的变化趋势。在厚介质层结构中，LC共振吸收起主导作用。当增加介质层厚度时，LC共振吸收增强而1阶偶极子共振吸收减弱。不同的是，在薄介质层结

6、构中，1阶偶极子共振吸收起主导作用。当减小介质层厚度时，1阶偶极子共振吸收增强而LC共振吸收减弱。同时，改变介质层介电常数，eSRRs吸波器的响应频率会发生明显变化。介质层的介电常数越大，响应频率就越低。据此，提出了频率方程。在其他参数不变的情况下，用新的介质材料替换原有介质时，按照频率方程可以快速计算出新的超材料吸波器的响应频率。基于矩形超材料吸波器在太赫兹波段的高吸收特性，设计并制备了太赫兹微测辐射热计。与传统微测辐射热计不同，矩形超材料吸波器作为太赫兹吸收单元被置于微桥结构上。通过建立有限元分析模型，仿真研究了介质层厚度、桥腿宽度和桥面厚度等对微桥结构的光学性能、热学性能和力学性能的

7、影响。仿真结果表明，当超材料介质层厚度、桥腿宽度和桥面厚度分别为0.9μm、1.2μm、0.3μm时，微桥结构在3.9THz获得41.2%的吸收率、温升值为0.231k、桥面形变值为0.426m。采用优化后的尺寸参数，利用微机电系统（MEMS）工艺制备出基于矩形超材料吸波器的太赫兹微测辐射热计。其微桥结构的单元尺寸为37×37μm2，阵列大小为120×120。傅里叶转换红外线光谱分析仪（FTIR）测试结果显示，该太赫兹