Passive Terahertz Waveguide Elements: Loss Engineering and All-Dielectric Components for High-Frequency Applications
Tid: To 2026-01-15 kl 09.00
Plats: F3 (Flodis), Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/68506901226
Språk: Engelska
Ämnesområde: Elektro- och systemteknik
Respondent: Nikolaos Xenidis , Mikro- och nanosystemteknik, Microwave and Terahertz Microsystems
Opponent: Professor Pablo Acedo,
Handledare: Professor Joachim Oberhammer, Mikro- och nanosystemteknik; Dr Dmitri Lioubtchenko, Mikro- och nanosystemteknik
QC 20251126
Abstract
Den praktiska driftsättningen av terahertssystem för framtida tillämpningar kräver en heltäckande uppsättning högpresterande, kompakta passiva komponenter som övervinner flera begränsningar som är inneboende för terahertzvågor. En primär utmaning är att minimera dämpning i signalvägarna, särskilt kritiskt när tillgänglig terahertzkraft är knapp. Samtidigt kräver effektiv signalhantering och komponentkarakterisering lösningar som kan absorbera effekt på ett kontrollerat sätt för att minimera reflektioner och överhörning. Denna avhandling adresserar båda behoven: den presenterar nya lågdämpande helkiselbaserade komponenter för terahertztillämpningar och introducerar avancerade metoder för förluststyrning för att skapa mycket effektiva integrerade och fri-rum-absorbatorer.
I avhandlingens första del introduceras högpresterande, helkiselbaserade passiva komponenter framställda med kiselmikromaskinering. En perforationsfri, mekaniskt robust plan parabolisk reflektorantenn presenteras, som utnyttjar slab-optik och totalreflektion för att uppnå en jämn förstärkningsrespons över det breda bandet 220–330 GHz. Vidare demonstreras en vågledarkorsning med mycket låg överhörning genom att tillämpa transformationoptik på en Maxwell fisheye-lins. Detta angreppssätt löser det fundamentala modmisspassningsproblemet hos konventionella linsdesigner och möjliggör tät och komplex terahertzkrets-integrering.
Den andra delen fokuserar på förluststrukturer för både dielektriska och metalliska vågledare. För öppna dielektriska vågledare deponeras ultratunna filmer av enkelväggiga kolnanorör för att skapa kompakta, bredbandiga och i praktiken reflektionsfria terminer utan att ändra vågledarens geometri; de dämpar kraftigt den fortskridande vågen över korta sträckor genom interaktion med det avklingande fältet. För inkapslade ihåliga metallvågledare utvecklas integrerade absorbatorer baserade på högporösa nanomaterial, inklusive slumpmässigt orienterade och alignerade grafenbelagda nanofibrer samt aerogeler av kolnanorör. Med en ny multibandsmätmetodik karakteriseras dessa material och uppvisar bredbandiga stealth- och skärmningsegenskaper över ett stort frekvensområde (67–500 GHz). Studien utvidgas även till fri-rum-tillämpningar, där en hierarkiskt porös kol–silika-komposit demonstreras som en absorber med låg reflektivitet i 140–220 GHz.
Sammantaget utökar denna avhandling uppsättningen komponenter för integrerade terahertssystem och tillhandahåller praktiska och högpresterande lösningar för vågledning, strålning och terminering som är avgörande för nästa generations högfrekventa tillämpningar.