基于MEMS技术太赫兹波段超材料器件的研究

• 作 者: 王蕾
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 超材料 MEMS技术 太赫兹 滤波器 传感器 电磁诱导透明

超材料（Metamaterial）是一种由周期性亚波长金属谐振的单元阵列组成的人工复合型电磁材料，通过合理的设计单元结构可实现特殊的电磁特性，主要包括隐身、完美吸和负折射等特性。目前，随着太赫兹技术的快速发展，太赫兹超材料器件已成为当前科研的研究热点，在滤波器、吸收器、偏振器、太赫兹成像、光谱和生物传感器等领域有着广阔的应用前景。本文提出了基于MEMS技术太赫兹超材料器件的研究，包括可实现带通与低通滤波的对称双开口环（DS-SRR）滤波器、生物传感器以及可重构电磁诱导透明超材料器件。本文主要研究工作如下：（1）设计和制备一种对称双开口环谐振器周期阵列（DS-SRR）太赫兹超材料滤波器。利用CST Microwave Studio对滤波器电磁性能进行模拟分析；为了提高超材料器件的透射率，采用MEMS技术在高阻硅和柔性PET薄膜基底上制备滤波器实验样品，并进行相应的电磁性能测试，结果证明实验验证和模拟仿真相一致。（2）制备单开口环结构、不对称双开口环结构和交错结构三种超材料器件微流控芯片。实验主要包括CST模拟分析、MEMS工艺制备、PDMS封装模具制备、芯片键合及生物修饰等过程。修饰芯片的样品为GGT-2抗体（100μg/ml），且修饰前后THz-TDS透射测试结果表明，在0.4-1.2THz频段内，不对称双开口环结构共振峰最大频移为19GHz，灵敏度最优秀。（3）利用CST软件对电磁诱导透明超材料结构进行模拟仿真。当Δx为17μm时，电磁诱导透明效应最强，且透明窗口共振峰位置为1.449THz，幅度为75.7%。通过分析该结构的共振峰产生机理、太赫兹透射光谱、表面电流分布以及相位和延迟特性，从理论数据上验证该EIT效应的动态调谐特性。