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基于TiNi记忆合金薄膜的太赫兹波调控研究

2020-12-09阅读(1029)

基于TiNi记忆合金薄膜的太赫兹波调控研究

论文摘要

TiNi记忆合金薄膜在相变温度附近会发生由母相的B2结构到马氏体相的B19’结构的马氏体相变,可同时导致材料介电特性和形状的快速改变。利用此特点,将TiNi合金制备成薄膜,并与超材料设计结合,可实现温度场作用下材料特性和结构形变的双重调制,从而实现对太赫兹波的动态调控。基于TiNi合金薄膜超材料的太赫兹功能器件,能有效结合上述两种太赫兹主动控制方法的优点,兼具调控速度快、调制范围宽等优势,为发展TiNi合金薄膜超材料的太赫兹功能器件提供了新思路。本文通过软件仿真设计TiNi薄膜超材料-硅衬底的两层开口谐振环结构,通过温度场的控制,使TiNi薄膜超材料的电导率、表面粗糙度以及结构的改变,得到相应的透射谱。并通过耦合谐振原理分析了TiNi超材料对太赫兹波的响应机理,进而研究了TiNi薄膜相变过程中材料电导率和表面粗糙度以及形变对太赫兹波的调制作用。研究结果表明,TiNi超材料电导率逐渐变小,使谐振在高频处发生0.14THz的红移;随着TiNi超材料表面粗糙度的增大,在高频出有明显的红移,最大实现0.46THz的调制效果;随着TiNi超材料的中间线谐振发生形变,使高度增加,在低频处的透射峰发生明显的蓝移,且透射率的值明显增大,调谐范围达到0.5THz。说明TiNi超材料对太赫兹波具有很好的调制效果。在上述研究工作的基础上,本文进一步研究了TiNi薄膜超材料在太赫兹器件中应用。分别讨论了TiNi超材料在太赫兹调制器和滤波器中的应用,在太赫兹调制器中,TiNi超材料的相变,实现0.3THz的调制效果;结构形变实现0.46THz的调制效果;而TiNi薄膜超材料的双重调制,实现高达0.85THz的调制效果;针对太赫兹滤波器,采用工字型结构为基础的上下两层TiNi薄膜超材料和中间介质层的结构,实现宽频的阻带滤波器。材料的相变和形变,分别能够实现阻带宽度为0.07THz和0.15THz的调制效果,而通过双重调制能够实现带宽为0.27THz的调制效果。本文的研究结果表明,TiNi薄膜超材料通过双重调制,能够实现更大的调制效果,具有更快的调制速度以及更简单的结构形状。因此,TiNi薄膜作为超材料在太赫兹调制及相关功能器件的应用具有巨大潜力。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  •   1.1 课题背景及研究目的和意义
  •   1.2 太赫兹可控器件的国内外研究现状
  •     1.2.1 基于材料特性变化的太赫兹功能器件
  •     1.2.2 基于结构形变的太赫兹功能器件
  •   1.3 TiNi形状记忆合金
  •     1.3.1 TiNi合金的相变特性
  •     1.3.2 形状记忆效应
  •   1.4 本论文的主要研究内容
  • 第2章 可调谐电磁特性的理论基础
  •   2.1 引言
  •   2.2 超材料的耦合理论基础
  •   2.3 电偶极子谐振模型
  •   2.4 超材料谐振的形成机理
  •   2.5 等效电路模型
  • 第3章 基于形状记忆合金的太赫兹可调谐特性
  •   3.1 引言
  •   3.2 TiNi超材料的结构设计
  •   3.3 相变对太赫兹波的调控
  •   3.4 表面粗糙度对太赫兹波的调控
  •     3.4.1 薄膜表面粗糙度分析
  •     3.4.2 表面粗糙度对透射的影响
  •   3.5 形变对太赫兹波的调控
  •     3.5.1 形变结构设计
  •     3.5.2 形变对透射的影响
  •   3.6 本章小结
  • 第4章 基于TiNi薄膜的太赫兹器件研究
  •   4.1 引言
  •   4.2 太赫兹调制器
  •     4.2.1 基于材料相变的太赫兹调制器
  •     4.2.2 基于结构形变的太赫兹调制器
  •     4.2.3 基于双重调制的太赫兹调制器
  •   4.3 太赫兹滤波器
  •     4.3.1 结构设计
  •     4.3.2 基于材料相变的太赫兹滤波器
  •     4.3.3 基于结构形变的太赫兹滤波器
  •     4.3.4 基于双重调制的太赫兹滤波器
  •   4.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的学术论文
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 冯志成

    导师: 谭昌龙

    关键词: 太赫兹,形状记忆合金,薄膜,超材料,动态调控

    来源: 哈尔滨理工大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

    专业: 物理学,物理学,工业通用技术及设备,无线电电子学

    单位: 哈尔滨理工大学

    分类号: O441.4;O484

    总页数: 65

    文件大小: 3154K

    下载量: 58

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