方数据中国计量学院硕士学位论文例如，我们取参数如下，则谐振频率，该频率对应自由空间波长为，比单元周期高个数量级。开口谐振环结构位于谐振频率附近的等效磁导率曲线如图所示。实际上，若阻尼因数不大时，非磁导体结构的等效磁导率可以为负。般地，由于结构的复杂性，很难仅通过分析就得出特定材料的有效参数，我们可以通过数值仿真提取超材料等效参数。首先需要利用数值算法计算复合材料的透过率和反射率，例如有限元法时域有限差分法等，这些数值算法通过建模能较好地反映出各类电磁波超材料的器件性能。在超材料研究领域常用的商用仿真软件包括和等。超材料的折射率和阻抗与透射系数和反射系数有如下关系−−−−−式中表示真空中的波速，可定义，指超材料的厚度，是个整数。我们可以通过式提取等效阻抗和等效折射率两个参数，考虑到超材料为无源介质，的实部和的虚部必须为正。然后，超材料的等效介电常数和等效磁导率可通过ε和•来计算得出。需要指出的是，当光斜入射，而超材料是各向异性介质或者双各向异性介质时，参数提取过程是非常重要的。太赫兹超材料谐振器研究进展超材料对入射太赫兹波的电磁响应是其应用于各类太赫兹器件的基础，因而太赫兹谐振器是各类太赫兹器件中最为关键的种。基于超材料的太赫兹谐振器可应用于太赫兹光谱技术与成像系统，在宽带吸波器多频滤波器开关调制等方面也有着很大的潜力。太赫兹波谐振器按照入射场分量与超材料单元结构的关系可将共振机理分为基于电场耦合，基于磁场耦合，和基于电场和磁场的耦合，等三种。万方数据中国计量学院硕士学位论文此外，表面等离子体共振理论也常用于解释太赫兹谐振器共振机理。这种机制的谐振器可以应用在生物传感以及生物医学检测表面增强光谱技术等领域。太赫兹超材料多频谐振器自开口谐振环，结构被等提出用来实现微波段的电磁响应后，基于结构的多频谐振电磁波器件的研究得到了快速发展。年，等首先在太赫兹波段实验实现了谐振器的磁响应。年，等对不同偏振方向下的结构的磁响应进行了实验研究，分析了多谐振峰产生的机理，结构开始广泛应用于多谐振器件的研究。年，等提出了种对称的结构，由于其简洁对称，其后众多超材料都参考该结构进行设计结构如图。同年，等人在研究中首次提到应用于太赫兹频段的双谐振超材料结构，该结构比较简单，且易于制备，但是双谐振幅度的致性较差。图典型结构制备的样品设计的几何尺寸提出的种多层设计结构结构等效电路。年，等在文献中对等提出的结构进行了改进，使其工作于太赫兹波段，并提出了个简化模型理解结构变化对器件性能的影响。年等提出种基于不同取向组合来构建新结构的方法，其中和结构有较好的双谐振性。年，王文涛等实验实现了种基于组合结构的太赫兹多频谐振器，分析三个谐振峰分别万方数据中国计量学院硕士学位论文由结构结构以及之间的间隙分别对入射波的响应引起的。太赫兹多频谐振器研究设计为多频带调制器多频带滤波器和多频带吸波器等太赫兹波器件的研究奠定了良好的基础。但现已报道的太赫兹多频谐振器件多基于结构，还需要更多新颖的设计来实现更优良的多频带谐振性能。太赫兹类电磁诱导透明谐振器近年来，电磁诱导透明，效应作为种存在于量子领域的独特现象在超材料的研究中得以实现，并引起了广泛的关注。电磁诱导透明广义上定义为种消除电磁波在介质中传播过程中所受到影响的技术，在量子学中表现为光子在原子激发通道之间的量子相干效应引起的，并导致在原子共振吸收频率处对光子的吸收减小甚至于对光子完全透明的现象。效应可广泛应用于非线性光学慢光光存储生物化学传感等领域。超材料实现类电磁诱导透明的机理主要有两种，是非对称结构的束缚模作用或者效应，二是明模式和暗模式的干涉作用。基于这两种机理的谐振器的透射谱都会在个较宽的不透明频段产生个窄带透射峰，即电磁诱导透明效应。超材料实现电磁诱导透明在微波太赫兹波光波段都有报道。年，等论证了光学耦合谐振器可因谐振模的分裂效应或强烈的干涉效应实现类电磁诱导透明，为利用超材料实现电磁诱导透明提供了理论参考。年，等理论分析了超材料实现慢光效应的机理，为超材料电磁诱导透明研究进步打下基础。基于非对称结构的效应最先在微波段被观测到，等在年提出种非对称开口谐振环结构，分析该结构的表面电流分布，当微波频段电磁波入射时，两个弧度不等的开口环在较宽频段内被激发同相的表面电流，而在宽频段中段极窄的频带激发出不对称的表面电流，结构样品照片与反射谱和表面电场分布如图所示。年等同样基于谐振的机理利用相似的结构在太赫兹段实现类电磁诱导透明，从实验和数值模拟两方面验证了结构上的微小不对称可以激发尖锐的谐振，同时可得较高的值。万方数据中国计量学院硕士学位论文图弧度不等的开口谐振环结构照片反射谱与谐振频率处对应的电场分布年，等提出了种双侧非对称开口的谐振方环结构实现了太赫兹段的电磁诱导透明，验证了非对称结构实现类效应，改变侧开口的位置，谐振峰幅值和值都会随之改变，实验实现了太赫兹段的值高达的谐振峰，该超材料结构是已报道的太赫兹频段值最高的谐振器。图为该谐振器的透射谱和样品的显微照片。图双侧非对称开口方环透射谱和样品显微照片非对称结构实现太赫兹电磁诱导透明报道还比较少，还有比较广阔的设计空间，例如非对称的金属线对和非垂直入射时的非对称效应等都在微波段或光波段得以实现，通过合理的结构尺寸设计，这些结构在太赫兹波段亦能实现类电磁诱导透明效应。万方数据中国计量学院硕士学位论文基于明模式和暗模式干涉机理的效应最先在光波段被观测到。年，等提出了种基于金属段的超材料谐振器，数值仿真显示其可在红外波段实现电磁诱导透明，其谐振的机理为明模式和暗模式的干涉。同年，等设计了种鱼鳞形连续金属结构，在微波段实现了电磁诱导透明，并进行了实验验证。年，等人设计了种基于两个开口方向互相垂直的的谐振结构，利用明模式和暗模式的干涉效应，首次在太赫兹波段实现类电磁诱导透明效应，其结构如图所示。图双开口环谐振器结构图在随后的太赫兹波段的超材料类效应研究中，开口谐振环因其独特的谐振特性常作为明模式或暗模式单元用于实现类效应。年，等提出种金属线和开口环的组合结构，在开口处沉积与金属等厚度的硅，通过调节入射的红外光的功率改变了硅的导电性，实现了对太赫兹段超材料电磁诱导透明的调制，谐振器结构及测试架构如图所示。年，等利用的结构加以改变提出和实现了太赫兹段的双效应，并进行了实验验证，同时提供了种设计超材料结构实现双效应的方法。上述两项成果为太赫兹超材料谐振器研究提供新的思路，开辟了新的领域。万方数据硕士学位论文激光转印法太赫兹波段超材料制备及谐振器研究作者韩昊导师洪治研究员学科检测技术与自动化装置中国计量学院二〇四年五月万方数据，万方数据中图分类号学校代码密级公开硕士学位论文激光转印法太赫兹波段超材料制备及谐振器研究作者韩昊导师洪治研究员申请学位工学硕士培养单位中国计量学院学科专业检测技术与自动化装置研究方向太赫兹波器件二〇四年五月万方数据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究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国计量学院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名签字日期年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解中国计量学院有关保留使用学位论文的规定。特授权中国计量学院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，并采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。保密的学位论文在解密后适用本授权说明学位论文作者签名导师签名签字日期年月日签字日期年月日万方数据致谢时间如梭，转眼即将结束研究生的学习生涯。毕业在即，回顾两年多来研究生的学习和生活导师的谆谆教诲家人的关心和朋友的支持，在此毕业论文完成之际，深表谢意！首先，衷心感谢我的导师洪治研究员在日常生活中和学习上给予的帮助与关心。从论文的选题到具体的实验，从文章的摘要到最后的结论，无不凝聚着他的心血。洪老师严谨的治学态度渊博的知识敏锐的洞察力善于把握主次的能力深深影响了我，使我在今后的工作和生活中找到了学习的榜样。其次，衷心感谢太赫兹研究所的刘建军老师李向军老师对我的无私帮助和指导，给我的课题进展提出了宝贵的意见，共同探讨和解决了许多课题中的困难。感谢师兄王文涛刘平安，师姐付秀华张蒙恩何雅兰赵容娇同门武东伟李化月夏燚师妹许英豪吴晓史同璐陈涛张慧丽，感谢他们在生活和工作中对我的帮助包容和关心！最后，衷心感谢我的父母哥哥。他们默默的奉献，给予我巨大的精神支持，使我能全身心投入到硕士课题的研究工作中，使我始终有坚定的勇气面对各种困难和挑战。向所有帮助和关心过我的人们表示最衷心的感谢，谢谢你们！韩昊年月万方数据激光转印法太赫兹波段超材料制备及谐振器研究摘要超材料是种由亚波长的金属结构单元组成的人工电磁材料。与自然材料不同，超材料可以通过调整器件单元结构实现预期的电磁特性，可广泛应用于负折射电磁隐身电磁诱导透明等领域。近年来，随着太赫兹技术的发展，基于超材料的太赫兹波器件，特别是太赫兹超材料类电磁诱导透明谐振器的研究逐渐成为热点，该类谐振器在非线性光学慢光光存储生物化学传感等领域有着广泛的应用前景。本文设计研究了几种超材料太赫兹波段类电磁诱导透明谐振器。利用三维全波仿真软件对谐振器透射性能进行了数值模拟，并利用太赫兹时域光谱系统对制作的谐振器件进行了性能测试。另外，超材料太赫兹器件目前主要采用光刻技术来制备，另外些新兴技术，如激光诱导和化学镀铜技术喷墨打印技术和激光转印技术等国际上也有些报道。我们对将激光转印技术用于太赫兹波超材料制备进行了实验研究。论文的主要研究工作如下研究了利用激光转印技术制备超材料太赫兹波器件，该制备方法成本低工艺简单能灵活加工任意形状的微金属结构。主要工作包括激光转印法超材料制备系统的设计和实验搭建器件制备工艺研究。目前，我们已实验初步获得了微米级金属微结构单元，通过制备系统的进步改进，有望用于太赫兹超材料制备。设计制备了种基于两个边长不同的方形