前言

類型
$太赫茲+超表面$
期刊
$物理學報$
作者
$龍潔,李九生$
時間
$2020$

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目錄

• • 前言
  • 研究目的
  • THz移相器結構
  • 研究模型
  • 研究方法
  • 結論
  • 問題

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研究目的

近年來，THz在通信、安檢、成像、光譜、生命醫學、無損檢測等領域有著越來越廣泛應用，各類THz波調控器件也層出不窮

這些器件主要集中對THz波的頻率、幅度、偏振態進行控制

而作為THz波重要參量之一的相位也逐漸成為熱門研究課題，因此開展THz波段的移相器研究就顯得意義重大

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THz移相器結構

• 二氧化釩$V{O}_2$嵌入上超表面復合結構（上金屬層）
• 液晶層
• 二氧化釩$V{O}_2$嵌入下超表面復合結構（下金屬層）
• 二氧化硅$S{O}_2$基體

金屬銅的電導率：${\sigma }_{copper}=5.8\times 10^{7}S/m$
金屬銅（黃色標注）厚度：$0.2\mu m$
二氧化釩（橙色標注）厚度：$0.2\mu m$
二氧化硅基體的相對介電常數：$\epsilon =3.9$，厚度：$40\mu m$
液晶層厚度：$20\mu m$

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二氧化釩（嵌入上超表面復合結構）雙矩形結構（上金屬層）

單元周期為$P=110\mu m,L_1=70\mu m,L_2=25\mu m,h_1=60\mu m,h_2=15\mu m$

二氧化釩嵌入下超表面復合結構（下金屬層）

矩形缺口金屬銅層嵌入U型結構二氧化釩
$L_3=70\mu m,h_3=40\mu m,L_4=30\mu m$

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由于頂層二氧化釩嵌入上超表面復合結構直接暴露在空氣中，所以可以通過激光擴束輻射控溫方法，對頂層二氧化釩的溫度進行調控

下層二氧化釩嵌入下超表面復合結構可以從底部輻射擴束激光來控溫

最終整個相變材料嵌入超表面組成復合結構THz移相器的相移量，可以通過上下兩路擴束激光進行切換控制
$$擴束激光?相移$$
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研究模型

相變前
當溫度低于相變溫度68°時，二氧化釩為高阻態相對介電常數${\epsilon }_i=9$

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相變后
當溫度高于68°時，二氧化釩為高導態

在THz頻段實現從電介質到金屬態的轉變

相對介電常數為（Drude模型）
$$\begin{gathered} {\epsilon }_m(\omega )={\epsilon }_{\infty }?\frac{{\omega }_p^2}{(\omega +i/\pi )\omega }i \\ {\omega }_p^2=\frac{N{e}^2}{m^{?}?{\epsilon }_0} \end{gathered}$$
其中${\omega }_p$是等離子體的角頻率，${\epsilon }_i={\epsilon }_{\infty }=9$，有效質量$m^{?}=2m_e$，$m_e$是自由電子質量
載流子遷移率$\mu =2c{m}^2/Vs$

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二氧化釩相變前的電導率：$\sigma =200S/m$
二氧化釩相變后的電導率：$\sigma =2\times 10^{5}S/m$

該論文的液晶仿真參數為：$n_0=1.52,n_e=1.78$前者為通常情況下的液晶折射率，后者為外加電場后的液晶折射率

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研究方法

通過設定上下層二氧化釩的相變狀態、液晶的折射率作為初始條件，在CST軟件中進行仿真，外加電場后的液晶折射率$n_e$變成多少。還仿真在外部溫度改變后的THz移相器的相移情況、透射（transmittance）曲線

初始條件上層高導，下層高阻

初始條件上層高阻，下層高導

初始條件上層高阻，下層高阻

初始條件上層高導，下層高導

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結論

通過改變相變材料的溫度能夠對入射THz相移量進行動態調控

仿真顯示，THz移相器在$0.731～0.752THz$（帶寬22GHz）范圍內，均可實現超過350°的相移

改變相變材料的溫度，最大相移量的頻帶范圍？從$0.73～0.734THz$變化為$0.73～0.752THz$

當$f=0.736THz$時，最大相移量達到355.37°

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問題

磁場、電場和溫度的綜合因素，對這種相移材料的影響如何？

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的【2020】【论文笔记】相变材料与超表面——的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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