0 引言

太赫兹波(Terahertz，THz波)是指频率在100 GHz～10 THz，波长为0.3～30 mm范围的电磁波^[1]，是电磁波谱上最后一个被开发的频率窗口，广泛应用在医学成像和病理分析^[2-5]、显微镜技术^[6-7]、生物分子的无损检测^[8]、高速通信^[9-11]、宇宙空间遥感与探测^[12]等方面。在太赫兹技术的发展进程中，设计和制造在太赫兹波段下的调控器件始终占据着十分重要的地位，人们通过改变材料结构和组成来获得一些超常特性的人工材料，其性能超过常规的天然材料。早期，PENDRY J B等人通过设计周期金属细线阵列和金属开口谐振环阵列，验证了微波波段下的负介电常数和负磁导率的存在^[13-14]，而后人们通过缩小谐振环的结构尺寸将负磁导率扩展至太赫兹波段^[15-16]。近十几年来，人们开始广泛关注太赫兹波段下的超材料，2012年，LI Z教授等人^[17]证明了环形谐振器组成的多层微结构具有宽带截止滤波器的特性；2013年，Chen Houtong教授课题组^[18]利用金属亚波长线栅设计了一种基于超薄平面超材料的高效宽带太赫兹线性振转换器并得到近乎完美的反常折射；2016年美国西北大学Sun教授团队^[19]通过3D打印技术设计制作了一种太赫兹超材料透镜，0.4～0.6 THz频率范围使其成像分辨率接近衍射极限同时获得了更优于均匀球面透镜的成像能力，然而上述结构都为太赫兹被动器件，其尺寸或结构一旦固定频谱响应也随之固定，针对这种情况，许多学者引入了温度场^[20-21]、电场^[22-23]、磁场^[24]、机械场^[25]、光场^[26-27]，提出了各种结构的可调控的超材料，来对太赫兹波段的超材料进行动态调控。

近年来，二氧化钒(Vanadium dioxide，VO₂)因具有典型的可逆绝缘体-金属相变特性，在众多领域得到广泛应用。例如，KANG L等人^[28]采用聚合物辅助沉积的溶胶-凝胶法制备了均匀、纳米级的多孔VO₂薄膜，为智能窗的研究奠定了基础；宁永刚等人^[29]提出了利用VO₂良好的光电性能将其用作红外探测器的激光防护材料。二氧化钒的晶格结构在低温时表现为单斜金红石结构，当温度升高超过其相变温度(68 ℃)时变化为四方金红石结构^[30]，即在低于68 ℃时为绝缘相，表现为绝缘体；高于68 ℃时为金属相，表现为导体，VO₂独特的性质可为太赫兹波的动态调控提供一份思路^[31-32]。

双开口谐振环(Double Split Ring Resonator，DSRR)最早由PENDRY J B等人^[14]提出，是构造超材料的典型结构，内环与外环之间的电容以及电感的影响能增加谐振频率。由此，本文设计了一款周期性双开口谐振环并在两个开口处放置VO₂材料的阵列模型，利用FDTD solution软件研究了其温度调控特性。

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作者信息:

陈善卓1，宋 阳2，高亚臣1

(1.黑龙江大学 电子工程学院，黑龙江 哈尔滨150080；

2.辽宁省朝阳师范高等专科学校信息工程系，辽宁 朝阳122000)