摘要
超表面是一种具有独特电磁特性的人工层状复合材料，有集成度高、厚度小、损耗低等优点。近年来，随着超表面技术的发展和制造工艺的提高，设计能够灵活操纵电磁波的新型超表面已经成为太赫兹领域的重要研究方向。选择合适的材料并设计不同形状的超表面可以对入射电磁波的振幅、相位或极化状态进行调控，集成多种不同功能的超表面在无线通信、电磁隐身、波束控制等领域具有广阔的应用前景。 在传统超表面结构设计的基础上，利用石墨烯、光敏半导体或二氧化钒等相变材料可以设计出有源多功能超表面，在不改变超表面形状和参数的情况下通过调节电压、光照或温度等外界条件可以实现在不同功能之间切换。其中，在多功能超表面中集成吸收和极化转换对电磁波实现灵活调控具有重要意义。 针对目前功能固定、带宽较窄的超表面在一些应用场合中受到限制等问题，本论文主要研究内容如下： 1.设计了一种基于光敏半导体的多功能超表面，该超表面具有双峰吸收、宽频和双频极化转换三种工作模式。在没有泵浦光照射时，该超表面工作在双峰吸收模式，在2.26THz和2.76THz两个峰处的吸收率分别为95.1%和94.4%；当超表面处于1550nm泵浦光照射条件下，可工作在宽频极化转换模式，在1.32~2.15THz频段的极化转换率达到90%以上，相对带宽为47.8%；当超表面处于800nm泵浦光照射条件下，超表面工作在双频极化转换模式，在1.09~1.23THz和2.12~2.23THz两个频段的极化转换率均超过90%.此外，通过分析磁场和表面电流分布解释了不同工作模式的物理机制。 2.提出了一种基于石墨烯和光敏硅的太赫兹多功能超表面，它集成了三个功能：宽带吸收、宽带线极化转换和圆极化转换。调节石墨烯的偏置电压和光敏硅的泵浦强度可以实现超表面在吸收模式和极化转换模式之间切换。对于吸收模式，超表面在1.74~3.52THz频段能吸收90%以上的能量，相对带宽为67.6%.对于线-线和圆-圆两种极化转换模式，在1.54~2.55THz范围内，极化转换率超过90%时的相对带宽达到49.3%.通过阻抗匹配理论和表面电流分布分析了所提出超表面的工作机理，并研究了该超表面在电磁波倾斜入射时的吸收和极化转换特性。
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