Моделирование электромагнитных характеристик приемника терагерцового излучения

Электромагнитное излучение терагерцового диапазона (ТГц) находит применение в различных областях науки и технологии (медицинская диагностика, безопасность и контроль, сенсорные технологии, коммуникационные технологии, научные исследования и т.д.). Компьютерное моделирование в разработке и исследовании ТГц-приемников значительно сокращает затраты и время вывода продукта на рынок, заменяя дорогостоящие эксперименты. Современные программные комплексы, такие как HFSS, позволяют точно моделировать сложные трехмерные конфигурации и анализировать электродинамические характеристики компонентов. В рамках исследования параметров ТГц-приемника в диапазоне 0.4–1.4 ТГц использовалось моделирование в HFSS, где точность результатов зависит от корректности модели, включая детализацию геометрии, свойства материалов и параметры симуляции. В данной работе предложена трехмерная модель оригинального селективного компактного приемника электромагнитного излучения терагерцового диапазона длин волн (с эффективностью преобразования ~97 %) для двух резонансных частот, состоящего из чувствительного элемента, выполненного на основе двух открытых аподизированных периодических микрорезонаторных структур с коэффициентом заполнения, изменяющимся по линейному закону, согласующего элемента в виде несимметричной нерегулярной полосковой линии треугольной формы и детектирующего диода. Конструкция обладает ключевыми преимуществами, включая высокую эффективность преобразования, пригодность для матричной архитектуры, высокую селективность к регистрируемому излучению и возможность простых методов считывания, что делает ее привлекательным подходом для терагерцового зондирования – важного инструмента для различных научных и практических приложений.

1. Makhlouf S., Cojocari O., Hofmann M., Nagatsuma T., Preu S., Weimann N., Hübers H.-W., Stöhr A. (2023) Terahertz Sources and Receivers: Form the Past to the Future. IEEE Journal of Microwaves, 3 (3), 894–912. https://doi.org/10.1109/jmw.2023.3282875.

2. Peng K., Morgan N.P., Wagner F.M., Siday Th., Xia Ch. Q., Dede D., Boureau V., Piazza V., Fontcuberta I Morral A., Johnston M.B. (2024) Direct and Integrating Sampling in Terahertz Receivers from Wafer-Scalable InAs Nanowires. Nature Communications, 15, 103. https://doi.org/10.1038/s41467-023-44345-1.

3. Rogalin V. E., Kaplunov I. A., Kropotov G. I. (2018) Optical Materials for the THz Range. Ultraviolet, Infrared, and Terahertz Optics, 125, 1053–1064. https://doi.org/10.1134/s0030400x18120172.

4. Esman A. K., Kuleshov V. K., Zykov G. L. (2011) Terahertz Detection Antenna. Patent of the Republic of Belarus No 7220 (in Russian).

5. Wang Zh. (2023) A 285 GHz Tripler Using Planar Schottky Diode. Optics and Photonics Journal, 13 (8), 209–216. https://doi.org/10.4236/opj.2023.138019.

6. Esman A. K., Potachits V. A., Zykov G. L., Kuleshov V. K. (2015) Detector for Submillimeter Wavelength Range on the Basis of the Man-Made Materials. Pribory i Metody Izmereniy = Devices and Methods of Measurements, 1 (10), 5–9 (in Russian).

7. Esman A. K., Kuleshov V. K., Zykov G. L., Zalesski V. B. (2011) Infrared Detector on the Basis of the Schottky Junction with the Resonance Nanoand Microstructures. Nanoi Mikrosistemnaya Tekhnika = Journal of Nano and Microsystem Technique, 3 (167), 44–46 (in Russian).

8. Esman A. K., Zykov G. L., Potachits V. A., Kuleshov V. K. (2020) Simulation of Thin-Film Solar Cells with a CuInSe2 Chalcopyrite Structure. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 63 (1), 5–13. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-1-5-13.

9. Esman A. K., Zykov G. L., Potachits V. A., Kuleshov V. K. (2021) Simulation of Photovoltaic Thermoelectric Battery Characteristics. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 64 (3), 250–258. https://doi.org/10.21122/10297448-2021-64-3-250-258.

10. Esman A. K., Zykov G. L., Potachits V. A., Kuleshov V. K. (2024) Simulation of Vertical Thin-Film Solar Battery under Exposure of Concentrated Solar Radiation. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 67 (5), 381–392. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2024-67-5-381-392 (in Russian).