基于超材料的光学射频探测研究

　　【摘 要】学位在目前的研究现状来看，国内外已经把光学和射频技术开始融合起来，这种新的方法也已经成为光学探测领域的重点。本文的主要探讨方向就是基于加载了的光学射频探测研究。本文由浅入深的讨论了对太赫兹波的探测问题，目前，随着工业技术的发展和科技的进步，国内外科学家已经成功研制出性能可靠的太赫兹源，同时太赫兹源的实际应用也非常的寬，在安检成像和医学应用等领域都能够大展拳脚。
　　【关键词】光学射频探测；红外信号；超材料
　　一、超材料器件的制备研究
　　金属的SRR微结构进入电磁场的形式是共振，科学家们为了更加全面地对SRR阵列进行控制，将SRR结构以一种非常科学的方式制作成超材料器件。而这种人工超材料在对电磁波场进行共振感应时，受到了各种外界条件制约，为了能生产出一种不受外界条件制约的人工超材料，科学家们经过长期的艰苦研究和探索，开发出一套半导体制作工艺流程，而这套流程的意义就是确保超材料器件性能得到最大的保障。本文以半导体微电子集成制造技术中的光刻工艺为基础，最大限度的将微米单位的SRR结构转移到半导体衬底材料上，由此做出金属电极。经过长时间的调试和实验，提出了一套技术方法来对超材料进行版图设计。一般常用的方法有以下几种。
　　（一）半导体衬底
　　最常用的半导体就是金刚石类型和闪锌矿类型的单晶。可以充分利用其高速迁移特性。
　　（二）半导体掺杂
　　半导体掺杂的基本原理就是加入一小部分的外来原子，在晶体生长的加工过中实现它。而这些外来原子可以作为间隙原子，穿插在正常的位置中间，使得整个的化学结构发生变化。
　　（三）肖特基接触
　　最原始的方法就是在半导体的表面放置一根金属丝，但是随着工业技术的发展，现在都采用平面工艺制作。图1-1，1-2，1-3分别为金属N型半导体在热平衡，正向偏压和反向偏压三种情况下接触的能带图。
　　二、超材料对红外信号的探测研究
　　光学射频探测的实际应用非常的广泛，例如安检系统、质量检测、信号探测和航天航空等各个方面和领域。但是有些高精尖领域对光学射频探测有非常高的研究，比如有些场合就要求高速和高灵敏度信号探测，于是现有的红外探测器就无法满足要求，因为有些缺点比如说整个机器的体积和占地面积过大，探测器的波长范围是固定值，不能随着外界情况环境的变化进行调整和更改等等。
　　因为本文的主题就是基于超材料的光学射频研究，所以发现有一些电磁波会导致特殊金属图案结构产生很多电子，而这些电子又会集体震荡，通过集体震荡在微纳图案这一结构内生产次级电磁振荡，最后完成入射电磁波场这一物理过程。因为这些过程的量级都是微米级别，所以信号的响应一般都在纳秒甚至亚纳秒时域，这一过程还可以用电控或磁控这两种方法来量化调节。
　　超材料的特殊金属图案排序能够用非常快的速度入射电磁波场。这种速度是电磁波通过共振感应方式进行高效耦合与响应。在光频红外波段的影响下，人工超材料谐振器需要抗拒由入射电磁辐射造成的电磁状态的改变。本文采用了一种细小结构来制作人工超材料，并用这种新器件来感应光频红外信号，最后拿CCD传感器获取实验结果透射成像，把红外信号的探测转换为可见光信号的探测，这是一种全新的光频信号感测方式，该研究对于超材料在光学射频探测领域的发展，有着质的突破。
　　三、基于超材料的光学射频一体化架构
　　本文在前面有提到，利用人工进行图案的刻画，这样做出来的超材料可以用共振的方法来对红外光学辐射、太赫兹波和射频毫米波进行捕捉，然后如果是对SRR阵列进行重新进行科学排列，排列过后的SRR阵列就可以感应到不同范围的电磁波场，这种排列后的SSR阵列就能满足光频、射频电磁波场的科学结构，并且还可以再拥有灵活和小巧的特征，而且穿透能力很棒，探测距离也很长。利用超材料微纳结构做出来的光学射频一体化探测阵列如图3-1所示。纵向剖面示意图如图3-2所示。
　　四、实验方案
　　本实验采用西安凌越机电科技有限公司生产的型号为 H980-2000P 的近红外半导体激光器，如图4-1所示。可探测的波段非常广泛。
　　在红外影响的激励环境下，超材料的上层金属排列方式会产生一些感应方面的反应，这种现象会被显微镜观测到。所以本文设计了图4-2的方案进行测试。
　　由以上测试方案所衍生的光路实物图由图4-3所示。
　　图4-3中可以看到显微物镜和超材料器件的顶端保持非常近的距离，这个距离一定要控制在0.1mm至1cm之间。显微物镜可将超材料器件上面的金属排列的光学感应变化进行放大，然后就可以通过放大后的图像进行观测。
　　【参考文献】
　　[1]李建蕊，李九生，赵晓丽.太赫兹时域谱技术快速定性检测奶粉中的三聚氰胺[J]. 中国计量学院学报，2009（02）.
　　[2]张艳东.连续太赫兹波成像技术的检测应用研究[D].首都师范大学，2008.