基于人工微结构太赫兹波高速调控机理及器件的研究

发布时间：2021-10-15 03:06

　　随着太赫兹科学与技术的高速发展,太赫兹无线通信也成为了太赫兹科学研究的重要分支,如何对太赫兹信号进行高速有效的调制也成为了太赫兹无线通信中亟待解决的问题。本文分析调研了国内外太赫兹高速调制器件的最新进展;设计研究了基于Meta超材料的双层透射式太赫兹极化转换器,实现了良好极化转换效果的透射式太赫兹极化转换器;研究基于Meta超材料结构的高Q元面,实现了基于尖端耦合效应的高Q值元面设计;试验加工完成了具有良好工作效果的HEMT（高电子迁移率晶体管）单管。在完成上述理论和试验的准备后,本文通过将加载了HEMT的人工微结构单元置入波导传输线中,控制HEMT的通断实现人工微结构单元的重构从而对波导传输线中传输的电磁波进行调制。经过理论研究、仿真模拟和实验加工,初步完成了具有高速调制效果的波导加载高速太赫兹调制器研制。并基于该调制器搭建了一套部调制的太赫兹无线通信系统,对器件的各种性能进行了实验测试,验证了该系统的可行性。本论文的主要研究内容如下:1.提出了一种基于Meta超材料的双层透射式太赫兹极化转换器。通过理论分析和模拟仿真,研究了Meta超材料结构的电磁响应特性,以及单元结构对极化转换器... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：114 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

复合超材料结构的太赫兹调制器[42]

电子科技大学博士学位论文4相位可调度可达140度[46]。同年，张雅鑫教授课题组则提出了一种基于HEMT增强谐振型相位调制器，通过电控实现了137°的相移[47]。图1-2基于石墨烯的波导集成调制器[45]。(a)基于石墨烯的波导集成调制器示意图；（b）不同频率下的调制深度目前电控调制方式总的可分为以下几类：体材料半导体二极管、石墨烯材料调制、相变材料调制和二维电子气调制等几种方式，如表1-1所示，给出了几种电控太赫兹调制方式性能对比和总结。表1-1电控太赫兹调制方式对比方式类型优点缺点体材料半导体二极管结构简单、加工简单速率低、调制深度低石墨烯材料调制结构简单、调制深度深调制速率低相变材料调制调制深度深、调制宽度宽调制速率难以提高二维电子气调制调制速率快、调制深度深、唯一可实现Gpbs以上方案异质结材料结构复杂、加工复杂使用阵列结构体系，需要太赫兹波从自由空间投射至表面，难以集成化、模块化1.2.2光控调制方式光控型太赫兹直接调制技术是指采用外加激光激励器件中半导体材料中光生载流子浓度的变化或者材料相变过程去调制通过调制器后的太赫兹波幅度和相位的变化。这种方法往往采用对可见光有着良好响应的半导体材料，例如Si、GaAs、石墨烯、VO2等，通过改变外加的光诱导材料特性而实现太赫兹波的调制。

电子科技大学博士学位论文6图1-3有机-无机钙钛矿硅混合结构光控调制器[57]。（a）实验测试系统；（b）不同材料的调制深度图1-4基于MoS2的太赫兹光控调制器[62]。（a）基于MoS2的太赫兹光控调制器结构示意图；（b）实验测试系统目前光控调制方式可分为如下几类：体材料半导体光生载流子调控、石墨烯材料光调控和相变材料光诱导相变调制等几种方式，如表1-2所示给出了几种光控太赫兹调制方式性能对比和总结。


本文编号：3437312