Комплекс для магнитоуправляемой амплитудно-частотной модуляции терагерцового излучения на основе магнитных жидкостей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Кочнев Захар Сергеевич

• Кочнев Захар Сергеевич
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Кочнев Захар Сергеевич

Введение

1 Литературный обзор

1.1 Анализ современных методов и подходов к реализации терагерцовых полосовых фильтров

1.1.1 Неуправляемые полосовые фильтры терагерцового излучения

1.1.2 Механически управляемые полосовые фильтры терагерцового излучения

1.1.3 Термически управляемые полосовые фильтры терагерцового излучения

1.1.4 Электрически управляемые полосовые фильтры терагерцового излучения

1.1.5 Магнитоуправляемые полосовые фильтры терагерцового излучения

1.2 Управляемые поляризаторы терагерцового излучения

1.3 Анализ магнитных жидкостей и методов получения магнитных частиц

1.3.1 Общие свойства магнитных жидкостей

1.3.2 Методы получения магнитных частиц

1.3.3 Способы приготовления магнитной жидкости

1.4 Выводы по главе

2 Моделирование магнитоуправляемого полосового фильтра терагерцового излучения на основе магнитной жидкости

2.1 Исследование процесса структурообразования и межструктурных взаимодействий ферромагнитных микрочастиц в магнитной жидкости под действием внешнего магнитного поля

2.1.1 Постановка задачи

2.1.2 Результаты расчетов по задаче о структурообразовании и межструктурных взаимодействий ферромагнитных микрочастиц в магнитной жидкости под действием внешнего магнитного поля

2.2 Исследование трансформации терагерцового излучения при прохождении через модельные полосовые фильтры на основе магнитных жидкостей

2.3 Вывод по главе

3 Разработка комплекса для магнитоуправляемой модуляции терагерцового излучения на основе магнитных жидкостей

3.1 Синтез магнитных жидкостей для терагерцового излучения

3.1.1 Создание специальных кювет

3.1.2 Исследование жидкостей-носителей пригодных для терагерцового излучения

3.1.3 Изготовление магнитных жидкостей

3.2 Разработка прототипа магнитоуправляемого полосового фильтра терагерцового излучения

3.2.1 Создание источника магнитного поля

3.2.2 Оценка эффективности модуляции терагерцового излучения магнитной жидкостью, находящейся под воздействием внешнего магнитного поля

3.3 Реализация прототипа магнитоуправляемого полосового фильтра терагерцового излучения

3.4 Апробация прототипа полосового фильтра в спектрометре ТГц-ТДС

3.5 Магнитоуправляемый линейный поляризатор терагерцового излучения

на основе магнитной жидкости

3.6 Вывод по главе

Заключение

Список условных обозначений и сокращений

Список использованной литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Комплекс для магнитоуправляемой амплитудно-частотной модуляции терагерцового излучения на основе магнитных жидкостей»

Введение

Актуальность темы исследования и степень ее разработанности

Согласно современным литературным данным, разрабатывается множество различных функциональных устройств для управления ТГц излучением. Высокоэффективные модуляторы ТГц излучения крайне необходимы для создания новых, недорогих, функциональных устройств (фильтры [1-25], поглотители [2636], переключатели [37-42], преобразователи поляризации [43-47]), поэтому в настоящее время проблема их разработки является важной и востребованной задачей.

Волны терагерцового (ТГц) диапазона частот (0.1 - 10 ТГц) расположены между микроволновым и инфракрасным (ИК) спектральными диапазонами. ТГц излучение обладает следующими уникальными свойствами: низкая энергия фотонов позволяет проводить различные неразрушающие и неинвазивные оценки, длина волны больше, чем у видимого и ИК спектральных диапазонов, сильное поглощение молекулами и экстремально высокое поглощение водой. ТГц излучение является неионизирующим, поэтому практически безвредно для биологических тканей [48, 49]. ТГц излучение используется для контроля и диагностики биологических материалов [50-56], медицинских исследований [5762], контроля окружающей среды [63-69], химического анализа [70-74], в элементах связи [75-81], дефектоскопии [82-84], создания ТГц радаров [85, 86], ТГц томографии и имиджинга [87-90], обеспечения безопасности (обнаружение опасных предметов под одеждой, взрывчатых веществ, наркотических средств) [91-93], высокоточного измерения толщины лакокрасочного покрытия автомобилей [94-97]. В связи с этими применениями ТГц технологии стали предметом пристального внимания и новых исследований. Проблемы генерации и детектирования ТГц волн уже решены, но по сравнению с хорошо изученными смежными микроволновым и инфракрасным спектральными диапазонами все еще существует проблема в управлении ТГц излучением.

Терагерцовые полосовые фильтры - это тип функциональных устройств, способных пропускать излучение на частотах в пределах определенного диапазона и подавлять / ослаблять на частотах вне этого диапазона. Подобные фильтры являются ключевыми компонентами для эффективного управления ТГц излучением. Для разрабатываемых полосовых фильтров ТГц излучения все еще существует достаточное количество проблем: малая глубина и медленная скорость модуляции, потребность в соблюдении температурных режимов, а также сложные, многослойные, гибридные структуры. ТГц полосовые фильтры разделяются на следующие виды: неуправляемые (неизменяемые, статические) и управляемые (перестраиваемые, активные, функциональные). В настоящее время особое внимание уделяется управляемым полосовым фильтрам, так как они способны обеспечивать непрерывной спектральной перестройкой, их свойства зависят от метода управления. Известные способы управления: механический, электрический, термический и магнитный.

Особый интерес представляют управляемые (активные) поляризаторы ТГц излучения. В частности, управляемые поляризаторы ТГц излучения играют важную роль в визуализации и в системах беспроводной связи, которые необходимы для улучшения качества изображений и связи [98, 99]. Последние технологии адаптивного управления поляризацией ТГц излучения основаны на механических, электрических, тепловых, магнитных, оптических воздействий [100-107].

Данная диссертационная работа посвящена разработке магнитоуправляемого полосового фильтра и поляризатора ТГц излучения на основе магнитной жидкости (МЖ). Достоинством данного подхода является возможность использования большого разнообразия вариантов МЖ отличающихся своими свойствами (размером и концентрацией магнитных частиц (МЧ), материалом твердой магнитной фазы) и возможностью управления с помощью внешнего магнитного поля. Использование электромагнитов, выполненных по типу колец Гельмгольца, позволяет изменять ориентацию магнитного поля и плавно управлять величиной магнитной индукции. В совокупности эти факторы дают возможность создавать функциональные магнитоуправляемые полосовые фильтры с необходимыми

характеристиками, а также эффективные поляризаторы ТГц излучения. Магнитоуправляемые полосовые фильтры на основе МЖ обладают малыми потерями в ТГц излучении и отличаются хорошим быстродействием, порядка нескольких секунд, а поляризаторы позволяют изменять направления колебаний ТГц излучения по средствам изменения величины и направления внешнего магнитного поля.

Цель и задачи исследования

Цель диссертационного исследования заключается в разработке магнитоуправляемого полосового фильтра и линейного поляризатора терагерцового излучения на основе магнитных жидкостей.

Для достижения поставленной цели исследования были сформулированы и решены следующие задачи:

1. Аналитический обзор литературы по современным методам и подходам к реализации полосовых фильтров и поляризаторов ТГц излучения.

2. Исследование процесса структурообразования и межструктурных взаимодействий ферромагнитных микрочастиц в модельной магнитной жидкости под действием внешнего стационарного магнитного поля.

3. Подбор компонентов магнитной жидкости пригодных для реализации магнитоуправляемого полосового фильтра и поляризатора ТГц излучения на основе магнитных жидкостей.

4. Исследование изготовленных магнитных жидкостей в режиме пропускания в диапазоне от 0.2 до 1.5 ТГц при различных ориентациях и индукции внешнего магнитного поля.

5. Разработка прототипа магнитоуправляемого полосового фильтра ТГц излучения на основе изготовленных магнитных жидкостей.

6. Разработка прототипа магнитоуправляемого линейного поляризатора ТГц излучения на основе изготовленных магнитных жидкостей.

Научная новизна исследования

Впервые методом конечных элементов на основе уравнений гидродинамики Навье-Стокса, уравнения конвективного переноса на функцию уровня и системы

уравнений Максвелла исследованы закономерности формирования динамических, нитевидных, периодических структур в модельной магнитной жидкости, находящейся в двухмерной квадратной ячейке. Модельная магнитная жидкость состоит из фазы жидкости-носителя и фазы жидкой магнитной части, представляющей собой однородную смесь магнитных микрочастиц и поверхностно активного вещества. Исследовано влияние величины внешнего магнитного поля, магнитной проницаемости и доли жидкой магнитной части на формирование динамических структур в ячейке. Определены пороговые значения доли жидкой магнитной части и параметры внешнего стационарного магнитного поля при которых формируются стабильные динамические, нитевидные, периодические структуры в квадратной ячейке.

Разработан новый комплекс для магнитоуправляемой амплитудно-частотной модуляции ТГц излучения. Комплекс включает ячейку с магнитной жидкостью и устройство для создания однородного магнитного поля, изменяемого по величине. Ячейка выполнена из оптически прозрачного для ТГц излучения пластика и наполнена магнитной жидкостью из магнитных частиц сплава с высокой магнитной проницаемостью и масла со следующими характеристиками: динамическая вязкость 0.126 Пас, плотность 810 кг/м3. Устройство для создания однородного магнитного поля состоит из двух электромагнитов в виде катушек Гельмгольца с сердечниками из материала с высокой магнитной проницаемостью. Ячейка размещается между электромагнитами для получения внутри нее сильного и однородного магнитного поля, величина которого может меняться при изменении подаваемого на электромагниты напряжения.

Теоретическая и практическая значимость диссертации

Разработанная физико-математическая модель позволяет моделировать поведение магнитной жидкости, находящейся в квадратной ячейке под воздействием внешнего стационарного магнитного поля. Модель помогает исследовать и находить необходимые свойства магнитной жидкости и параметры внешнего магнитного поля для формирования динамических, нитевидных, периодических структур.

Разработанное устройство относится к области широкополосной терагерцовой спектроскопии и предназначено для управления амплитудой, частотным спектром и поляризацией ТГц излучения.

Оригинальность полученных результатов защищена Патентом РФ № 2790087 от 14.02.2023.

Методология и методы исследования

В работе использованы следующие методы исследования: Методом конечных элементов численно исследовано поведение магнитной жидкости в зависимости от свойств магнитной жидкости и от величины внешнего магнитного поля. Выполнены расчеты изменения спектральных характеристик ТГц излучения, проходящего через образуемые структуры. Метод терагерцовой спектроскопии во временной области (ТГц-ТДС) в режиме пропускания в диапазоне частот от 0.2 до 1.5 ТГц.

Научные положения, выносимые на защиту

1. Модельная магнитная жидкость состоящая из фазы жидкости-носителя с динамической вязкостью 0.126 Пас, плотностью 810 кг/м3, магнитной проницаемостью 1 и фазы жидкой магнитной части представляющая собой однородную смесь магнитных микрочастиц и поверхностно активного вещества с динамической вязкостью 0.133-0.350 Пас, плотностью 938-1210 кг/м3, магнитной проницаемостью 1500-5000, с долей магнитной части 2.5-20 %, находящаяся в квадратной ячейке со стороной 10 мм, во внешнем вертикально ориентированном однородном стационарном магнитном поле с индукцией, не менее 0.1 мТл, формирует динамические, нитевидные, периодические структуры, которые обладают оптическими свойствами, характерными для дифракционных решеток.

2. Магнитная жидкость, состоящая из оптически прозрачной для ТГц излучения жидкости-носителя с динамической вязкостью 0.126 Пас, плотностью 810 кг/м3 и магнитных частиц 5БДСР с размером 10-20 мкм и концентрацией не менее 5 мас.%, находящаяся во внешнем вертикально ориентированном однородном стационарном магнитном поле, работает как магнитоуправляемый полосовой фильтр широкополосного оптического излучения с верхней границей

полосы пропускания фильтра 0.6 ТГц при индукции 3.5 мТл. Увеличение магнитной индукции приводит к сдвигу верхней границы влево.

3. Магнитная жидкость, состоящая из оптически прозрачной для ТГц излучения жидкости-носителя с динамической вязкостью 0.126 мПас, плотностью 810 кг/м3 и магнитных частиц 5БДСР с размером 29-35 мкм и концентрацией 10 мас.%, находящаяся во внешнем однородном стационарном линейно поляризованном магнитном поле с индукцией 6.7-57.2 мТл, работает как магнитоуправляемый линейный поляризатор ТГц излучения в диапазоне частот от 0.3 до 1.5 ТГц, со степенью поляризации излучения на выходе не менее 80 %.

Верхняя граница ширины пропускания полосового фильтра определялась на полувысоте от максимума пропускания ТГц излучения.

Степень достоверности полученных результатов

Достоверность полученных результатов диссертационной работы подтверждается согласованностью математического моделирования и экспериментальных исследований. Кроме того, достоверность полученных результатов контролируется их согласованностью и совпадением в ряде случаев с результатами независимых исследований других авторов.

Апробация результатов исследования

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: XIV Международная конференция по импульсным лазерам и применениям лазеров - «AMPL - 2019» (Томск, 15-20 сентября 2019 г.); Первая Всероссийская научная конференция с международным участием «Енисейская фотоника - 2020» (Красноярск, 14-19 сентября 2020 г.); IV Международная конференция «Terahertz and Microwave Radiation: Generation, Detection and Applications (TERA-2020)» (Томск, 24-26 августа 2020 г.); XV Международная конференция по импульсным лазерам и применениям лазеров - «AMPL - 2021» (Томск, 12-17 сентября 2021 г.); IX Международная конференция «Saratov Fall Meeting SFM 21. 9th International Symposium Optics and Biophotonics» (Саратов, 27 сентября-01 октября 2021 г.); Всероссийская научная конференция с международным участием «Енисейская

Фотоника - 2022» (Красноярск, 19-24 сентября 2022 г.); II Российская научная конференция «Радиофизика, фотоника и исследование свойств вещества (РФИВ -2022)» (Омск, 05-07 октября 2022 г.); V Международная конференция «Terahertz and Microwave Radiation: Generation, Détection and Applications (TERA-2023)» (Москва, 27 февраля-02 марта 2023 г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 19 работ, в том числе 5 статей в журналах, включенных в Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук (из них 1 статья в зарубежном научном журнале, входящем в Web of Science; 4 статьи в российском научном журнале, переводная версия которого входят в Web of Science), 5 статей в сборниках материалов конференций, представленных в изданиях, входящих в Scopus, 8 публикаций в сборниках материалов международных и всероссийских (в том числе с международным участием) научных конференций, получен 1 патент Российской Федерации.

Личный вклад автора

Анализ и обобщение научной литературы в выбранной области исследования, основной объем экспериментальных исследований и обработку данных автор выполнил лично. Постановка цели и задач диссертационной работы, обсуждение результатов, подготовка и написание статей, обсуждение текста диссертационной работы, формулировка основных положений и выводов осуществлялось совместно с научным руководителем диссертационной работы: доцентом физического факультета федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Томский национальный исследовательский государственный университет», кандидатом физико-математических наук, доцентом А. В. Борисовым.

Конкурсная поддержка работы

Результаты исследования получены в том числе при выполнении следующих научных проектов:

в рамках конкурса на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, выполняемые молодыми учеными, обучающимися в аспирантуре («Аспиранты»):

- проект № 20-32-90104 «Управляемые узкополосные поляризационно-чувствительные фильтры терагерцового диапазона на основе магнитных жидкостей» (2020-2022 гг., руководитель - А. В. Борисов, исполнитель - З. С. Кочнев);

в рамках программы международного сотрудничества российских вузов и научных организаций с учеными мирового уровня и ведущими зарубежными научно-образовательными центрами в сфере науки:

- проект № 075-15-2021-615 «Разработка методов скрининговой неинвазивной диагностики вирусных и бактериальных респираторных инфекций с использованием лазерной спектроскопии, и методов искусственного интеллекта» (2021-2023 гг., руководитель - Ю. В. Кистенев, в числе соисполнителей - З. С. Кочнев);

в рамках конкурса 2018 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»:

- проект № 18-19-00268 «Разработка альтернативной технологии создания перспективных компонентов терагерцовой электроники на основе магнитных жидкостей» (2018-2022 гг., руководитель - В. Н. Черепанов, в числе соисполнителей - З. С. Кочнев);

в рамках конкурса Минобрнауки России на проведение исследований в рамках международного многостороннего и двустороннего сотрудничества, в том числе в рамках Европейского союза:

- проект № 075-15-2021-1412 «Спектроскопия атмосферных соединений с использованием терагерцовой спектроскопии высокого разрешения и искусственного интеллекта» (2022-2023 гг., руководитель - Ю. В. Кистенев, в числе соисполнителей - З. С. Кочнев).

Объем и структура диссертационного исследования

Диссертация изложена на 182 страницах, состоит из введения, 3 глав, заключения, списка условных обозначений и сокращений, списка использованной литературы из 317 наименований; содержит 119 рисунков и 2 таблицы.

Благодарности

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю, кандидату физико-математических наук, доценту Алексею Владимировичу Борисову и доктору физико-математических наук, профессору, заведующему лабораторией лазерного молекулярного имиджинга и машинного обучения Национального исследовательского Томского государственного университета Юрию Владимировичу Кистеневу - за решение многочисленных организационных вопросов, постоянное внимание к диссертационной работе, моральную поддержку, регулярное обсуждение результатов на всех этапах написания диссертации, советы и критический взгляд, которые помогли улучшить работу.

1 Литературный обзор

1.1 Анализ современных методов и подходов к реализации терагерцовых

полосовых фильтров

Проведенный анализ современной литературы и источников позволил сделать вывод о том, что ТГц полосовые фильтры разделяются на неуправляемые (статические, неизменяемые, не перестраиваемые) и управляемые (перестраиваемые, активные, функциональные). Управляемые полосовые фильтры ТГц излучения более универсальны и востребованы в реальных применениях, т.к. способны обеспечивать непрерывной спектральной перестройкой. Данный тип полосовых фильтров еще классифицируется по методу управления и бывают: механически управляемые, термически управляемые, электрически управляемые и магнитоуправляемые (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Классификация полосовых фильтров ТГц излучения

1.1.1 Неуправляемые полосовые фильтры терагерцового излучения

Неуправляемые (статические, неизменяемые, не перестраиваемые) полосовые ТГц фильтры преимущественно представляют собой однослойные металлические пластины микронных толщин. Габаритные размеры образца не

превышают 20*20 мм. Наиболее встречаемый материал для этих целей -алюминиевая фольга. Металлическая пластинка на всей своей поверхности содержит периодически расположенные отверстия, например, квадраты, круги, прямоугольники, крестообразные (плюсовые), ^образные, y-образные и е-образные апертуры [108-116]. Такой набор геометрических отверстий интенсивно исследовался для того, чтобы выявить наилучшую и эффективную структуру для полосовых фильтров ТГц излучения. Изменение геометрических характеристик отверстий фильтра, определяют профиль пропускания ТГц излучения. Обычно такие фильтры изготавливаются с применением системы фемтосекундной лазерной микрообработки [117]. Частота пика пропускания полосовых фильтров такого типа приблизительно определяется по следующей формуле, кроме этого, увеличение толщины материала снижает пик пропускания [118, 119]:

Л = 1.8 Ь-1.35Ж+0.2 Р, (1)

где Ь - длина плеча, Ж - ширина плеча, Р - период.

В работе [119] изготовлены и исследованы полосовые фильтры ТГц излучения. На алюминиевой фольге толщиной 10 мкм вырезался массив периодических крестообразных (плюсовых) отверстий с помощью технологии фемтосекундной лазерной микрообработки (рисунок 1.2). Было изготовлено три образца полосового фильтра, отличающихся периодом и геометрическими характеристиками крестообразных отверстий.

+ +

Рисунок 1.2 - Структура полосового ТГц фильтра [119]

Помимо этого, авторами была разработана математическая модель полосового фильтра. Моделирование выполнялось с использованием геометрических параметров фильтра, измеренных с помощью оптического микроскопа. На рисунке 1.3 представлены результаты экспериментов и математического моделирования. Исследование полученных экспериментальных образцов проходило с помощью системы ТГц-ТДС.

Рисунок 1.3 - ТГц спектры образцов [119]

Затем авторы накладывали один фильтр на другой с одинаковыми геометрическими характеристиками, тем самым получили двухслойный фильтр. Между фильтрами варьировали расстояние. На рисунке 1.4 представлены экспериментальные результаты и результаты моделирования. Полученные экспериментальные результаты хорошо согласуются с результатами моделирования. Двухслойные фильтры при изменении расстояния между ними демонстрируют необычные пики пропускания.

1 ■ I 1 I-■-1-•-1-■-1 1 * 1 I -1-■-1 I и и I I ----I-Г---7- Ч ■ --г----' I 1

0.1 02 0.3 0.4 0.5 0 6 0.7 0 6 0 9 1.0 1.1 1.2 1.3 0 1 0.2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 1 0 1 1 1.2 1.3 Ргедиепсу(ТНг) Рге<}иепсу(ТН2)

Э - Расстояние между фильтрами Рисунок 1.4 - Спектры пропускания двухслойных полосовых фильтров [119]

Если использовать несколько перфорированных пластин близко расположенных, то происходит взаимодействие между собой, что влияет на ширину области пропускания фильтра. Увеличение количества пластин приводит к увеличению пиков пропускания. Для оптимального применения фильтра такого вида обычно выбирают одну или две пластины, тогда характеристика фильтра в области пропускания имеет гладкую форму.

Следует отметить, что существуют ТГц полосовые фильтры, при изготовлении которых применяется другая технология, но относящихся к данной категории полосовых фильтров, т.е. к неуправляемым фильтрам. Вместо металлических пластинок используется подложка (полиимидная пленка (каптон), кристаллический кварц, майлар, полиэстер), которая хорошо прозрачна для ТГц излучения [120]. Подложка на своей поверхности содержит периодическую металлическую текстуру, нанесенную с помощью технологии фотолитографии [121]. Данная технология проходит в несколько этапов, таких как нанесение покрытия, предварительная выпечка, приготовление масок, экспонирование и т.д., в следствии чего приводит к длительному циклу подготовки и высокой стоимости.

Кроме того, используемые подложки значительно снижают коэффициент пропускания и вызывают внутренние помехи [122, 123]. В работе [124] разработан фильтр ТГц излучения с использованием данной технологии. Структура фильтра состоит из двух слоев. Первым слоем является кристаллический кварц. Второй слой - это слой алюминия, сформированный методом фотолитографии. Габаритные размеры фильтра 10^10 мм. Выбор алюминия обусловлен более низкой стоимостью чем золото или серебро, а медь легко окисляется. Разработанный полосовой фильтр демонстрирует пропускание 27 % на частоте 0.405 ТГц.

В работе [125] проводились исследования полосовых фильтров ТГц излучения в несколько этапов. Путем проектирования и математического моделирования в диапазоне частот от 0.1 до 3 ТГц. На первом этапе исследования авторами создавался модельный крестообразный (плюсовой) полосовой фильтр на воздушной подложке. Геометрические параметры крестообразной формы различны в зависимости от требований к частоте пропускания. Затем для проверки моделирования авторы проводили сравнение спектральных характеристик смоделированного образца с экспериментальными исследованиями идентичного фильтра с такой же структурой и геометрическими параметрами, только вместо воздушной подложки использовалась стеклянная пластинка. Результаты численного моделирования хорошо согласуются с экспериментальными данными, полученными в работе [126] (рисунок 1.5). Из анализа результатов моделирования следует, что коэффициент пропускания такого фильтра составляет 85-90 %.

Рисунок 1.5 - Сравнение спектров пропускания полосового фильтра экспериментального и смоделированного с резонансной частотой 1.54 ТГц [125]

Затем авторами был смоделирован двухслойный фильтр, это когда в ряд размещаются два одинаковых фильтра на определенном расстоянии друг от друга. Данная процедура приводит к значительному изменению ширины пропускания ТГц излучения по сравнению с исходным состоянием, когда на пути ТГц излучения расположен один фильтр (рисунок 1.6). Полученные результаты этого моделирования хорошо согласуются с результатами вычислений других исследований [127-129].

Frequency (THz)

Рисунок 1.6 - Спектры пропускания одного фильтра (синий) и двух фильтров, расположенных в ряд (красный) [125]

Следующим этапом исследования в рамках данной работы является разработка двух полосовых фильтров, называемых «звездочка». Один с прямоугольной поверхностью, другой с цилиндрической (проволочная форма) (рисунок 1.7).

У¥ - О

Рисунок 1.7 - Два образца полосового фильтра «звездочка»: прямоугольный и цилиндрический (проволочный) [125]

Эти два вида полосовых фильтров имеют коэффициенты пропускания около 90-100 %. Стоит отметить, что цилиндрические фильтры обладают наименьшим шумом в зоне подавления, чем прямоугольные фильтры (рисунок 1.8).

1.00Е+02 8.00Е+01

Э

< 6.00Е+01

с

О

О 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Frequency (ТН/.)

Рисунок 1.8 - Спектры пропускания полосовых фильтров «звездочка»: прямоугольного (синий) и цилиндрического вида (красный) [125]

Заключительной частью данного исследования является моделирование нового типа ТГц полосового фильтра, авторы его называют «паук» (рисунок 1.9). Каждая

деталь этого фильтра состоит из меди на воздушной подложке. Геометрические параметры деталей изменяются в зависимости от желаемой частоты пропускания.

Рисунок 1.9 - Элементарная ячейка полосового фильтра типа «паук» [125]

Авторы путем сравнения спектральных характеристик фильтра типа «паук» и полосового крестообразного (плюсового) фильтра выяснили, что фильтр типа «паук» имеет более высокий коэффициент пропускания почти 100 % и низкий уровень шума на частоте от 0.1 до 3.0 ТГц, в соответствии с рисунком 1.10.

Frequency (THz)

Рисунок 1.10 - Спектры пропускания фильтра типа «паук» (синий) и крестообразного (плюсового) фильтра (красный) [125]

В последнее время широко разрабатываются и исследуются ТГц полосовые фильтры на основе искусственно сформированных и особым образом структурированных средах, называемых метаматериалами [130-139]. Однако,

фильтры такой структуры обеспечивают по-прежнему только неизменяемый (статический) контроль ТГц волн. Например, в статье [140] подробно исследована возможность создания полосовых фильтров на основе метаповерхности из крестообразных апертур и углеродных нанотрубок. Первоначально авторы численно исследовали зависимость добротности от геометрических параметров фильтра методом конечных элементов. Расчеты выполнялись с фиксированными параметрами креста, варьировался только период (от 500 до 900 мкм), ТГц спектры пропускания представлены в соответствии с рисунком 1.11.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кочнев Захар Сергеевич, 2023 год

Л -

Рисунок 3.13 - Лабораторные пробирки с жидкостью-носителем

Далее полученные образцы суспензий перемешивались тремя способами: 1. Механическими поворотными движениями.

2. Виброэксцентричным методом с использованием прибора Вортекс V-1 plus марки («BioSan», Латвия) на скорости 3000 об/мин. в течении 1 часа. Данный аппарат предназначен для высокоэффективного перемешивания растворов и суспензий в пробирках (рисунок 3.14).

3. С использованием ультразвуковой ванны с мощностью УЗ 180 Вт марки («Вилитек VBS-6», Россия) в течении 15 минут.

Рисунок 3.14 - Перемешивание изготовленной МЖ прибором Вортекс V-1 plus

3.2 Разработка прототипа магнитоуправляемого полосового фильтра

терагерцового излучения

3.2.1 Создание источника магнитного поля

В качестве источника внешнего магнитного поля с высокой однородностью, а также с возможностью управления величиной и направлением магнитной индукции использовались катушки индуктивности в виде колец Гельмгольца с внешним диаметром 70 мм. Предварительно рассчитывались размеры катушек,

напряженность поля, число витков, диаметр провода, расстояние между катушками. Корпус электромагнитов разрабатывался с помощью ПО трехмерного проектирования и изготавливался на 3D принтере модели («Picaso 3D. Designer X Pro», Россия) из пластика модели «PLA» фирмы («BestFilament», Россия) (рисунок 3.15). При этом в программе («Picaso. Polygon X») процент заполнения внутренней области модели был указан 100 % (литое заполнение), чем выше данный параметр, тем прочнее изготовленная деталь. Напечатанные детали из пластика модели «PLA» не деформируются и не трескаются при эксплуатации, а также используется для изготовлений деталей, для которых важно точно передать геометрические размеры.

21.2 мм

Рисунок 3.15 - Трехмерный корпус электромагнитов

Намотка катушек осуществлялась обмоточным проводом ПЭТВ-2 диаметром 0.5 мм (рисунок 3.16а), ручным способом строго виток к витку (рисунок 3.16б). Общее количество витков в катушках составляло 1800. ПЭТВ-2 - это обмоточный

термостойкий провод с медной жилой в эмалевой изоляции на основе полиэфиров, с толщиной изоляции по типу 2. Провод предназначен для изготовления обмоток трансформаторов, генераторов, катушек индуктивности, радиотехнических изделий и прочих приборов.

Рисунок 3.16 - Используемый обмоточный провод ПЭТВ-2 (а) и снимок намотки обмоточного провода (б)

Магнитное поле создавалось путем подачи напряжения на катушки индуктивности с помощью лабораторного блока питания модели («YIHUA-305D-II», Китай) с возможностью регулировки напряжения и тока. Лабораторный блок питания постоянного напряжения 0-30 В ток до 5 А, с цифровой индикацией. Данный блок питания разработан для использования в научно-исследовательской деятельности, в лабораториях и ремонте электронных изделий. Прибор обладает высокой точностью, напряжение и сила тока плавно регулируются в процессе работы прибора.

Для усиления характеристик создаваемого магнитного поля была добавлена пара ферромагнитных сердечников диаметром 30 мм и длиной 28 мм (рисунок 3.17).

Рисунок 3.17 - Ферромагнитный сердечник

Измерения характеристик магнитного поля выполнялись с помощью магнитометра марки («Актаком ATE - 8702», Россия), в соответствии с рисунком 3.18а. Используемый прибор предназначен для измерения параметров магнитных полей в промышленности, электротехнике и в лабораторных исследованиях. Магнитометр позволяет проводить измерения постоянных (DC) и переменных магнитных полей (AC). Диапазоны измерений магнитометра: DC от 0 до 30000 Гс (3000 мТл); AC от 0 до 15000 Гс (1500 мТл). Минимальное разрешение: 0.1 Гс/0.01 мТл. Зависимость индукции магнитного поля электромагнитов от силы тока представлена на рисунке 3.18б.

1 - без ферромагнитных сердечников, 2 - с ферромагнитными сердечниками Рисунок 3.18 - Стенд для измерения магнитной индукции и однородности поля (а) и зависимость магнитной индукции от силы тока (б)

В результате тестирования, разработанная магнитная система создает стабильное внешнее магнитное поле, с возможностью увеличения магнитной индукции до 57.2 мТл. Область однородности магнитного поля имеет характерный размер (форма сферы) диаметром ~ 11 мм. Например, используемый в данной работе импульсный терагерцовый спектрометр во временной области ТГц-ТДС производства («T-Spec 1000 Teravil», Литва) имеет диаметр пучка лазера ~ 4 мм.

3.2.2 Оценка эффективности модуляции терагерцового излучения магнитной жидкостью, находящейся под воздействием внешнего магнитного поля

Технический результат разрабатываемого полосового фильтра достигается за счет магнитной системы и кюветы с МЖ. Предварительно кювета заполняется вариантом изготовленной МЖ, затем размещается между катушками индуктивности, которые в свою очередь подключены к источнику постоянного тока. При подаче напряжения на катушки индуктивности генерируется магнитное поле, частицы в МЖ ориентируются вдоль вектора магнитного поля, формируя периодическую нитевидную структуру, подобную обычным дифракционным решеткам (рисунок 3.19).

Рисунок 3.19 - Кластеризация частиц в МЖ при воздействии внешним магнитным полем

Для размещения электромагнитов внутри спектрометра ТГц-ТДС производства («Т^рес 1000 Teravil», Литва), непосредственно между парой параболических, фокусирующих зеркал, демонтировался предметный столик (рисунок 3.20). Вместо него устанавливалась оптическая стойка с регулируемой высотой, на которой размещались электромагниты.

Рисунок 3.20 - Расположение электромагнитов внутри спектрометра ТГц-ТДС («T-Spec 1000 Teravil», Литва)

Электромагниты использовались в двух режимах (Режим 1 - магнитное поле ориентировано перпендикулярно направлению ТГц излучения в горизонтальной плоскости; Режим 2 - магнитное поле направлено перпендикулярно направлению ТГц излучения в вертикальной плоскости), а пучок ТГц излучения проходил через центр кюветы, в соответствии с рисунком 3.21. Смена режимов осуществлялась механическим вращением электромагнитов.

индуктивности

Режим 1 Режим 2

Рисунок 3.21 - Схема расположения электромагнитов внутри спектрометра

Сначала была проведена проверка эффективности модуляции ТГц излучения в зависимости от толщины кюветы наполненной МЖ под действием магнитного поля. Для этого, использовались изготовленные кюветы с расстоянием между стенок от 1 до 10 мм с шагом 1 мм. Для кювет толщиной 1 и 2 мм, наблюдалась не полная ориентация МЧ, независимо от массового содержания частиц, материала твердой магнитной фазы и величины магнитного поля, вызванная капиллярным эффектом и вязкостью масла. При использовании кювет толщиной от 4 до 10 мм снижается начальное пропускание ТГц излучения у всех образцов, а с ростом величины магнитного поля происходит не селективное ослабление ТГц излучения. В результате, была определена кювета с расстоянием между стенок (толщиной образца) 3 мм. Стоит отметить еще один важный момент, когда электромагниты расположены внутри спектрометра в режиме 1 (магнитное поле ориентировано перпендикулярно направлению ТГц излучения в горизонтальной плоскости), не зависимо от свойств МЖ и величины магнитного поля никакой спектральной перестройки не наблюдается, а происходит лишь несущественное ослабление ТГц излучения падающее с частотой. В случае, когда электромагниты расположены в режиме 2 (магнитное поле направлено перпендикулярно направлению ТГц излучения в вертикальной плоскости), проявляется эффективная модуляция ТГц

излучения в зависимости от параметров используемой МЖ и величины магнитного поля. Данный факт объясняется тем, что исходное излучение спектрометра, создаваемое дипольной антенной, линейно поляризовано, то от ориентации магнитного поля зависит итоговое пропускание [313]. К тому же, наибольшую эффективность модуляции поляризованного ТГц излучения, в присутствии внешнего магнитного поля, показали образцы МЖ на базе микрочастиц сплава 5БДСР обладающих гигантской магнитной проницаемостью (ц>40000) [314].

3.3 Реализация прототипа магнитоуправляемого полосового фильтра

терагерцового излучения

Исходя из предварительных исследований и решаемых задач было изготовлено 18 герметичных ячеек наполненных изготовленными вариантами МЖ с концентрациями МЧ 2.5, 5 и 10 мас.% и размерами частиц от 10 до 50 мкм (рисунок 3.22) [315]. МЖ состояла из микрочастиц 5БДСР и масла с динамической вязкостью 0.126 Пас, плотностью 810 кг/м3. Основные параметры образцов МЖ представлены в таблице 2. Для изготовления герметичной ячейки использовался пластик (полистирол (PS)). Полистирол (PS) обладает постоянным показателем преломления и демонстрирует низкие потери для ТГц излучения [152]. Ячейка имела габаритные размеры (В*Ш*Г) 15*12*5 мм, толщина стенок 1 мм.

Таблица 2 - Параметры магнитных жидкостей

№ 2.5 % 5 % 10 %

1 45 - 50 мкм 45 - 50 мкм 45 - 50 мкм

2 40 - 45 мкм 40 - 45 мкм 40 - 45 мкм

3 35 - 40 мкм 35 - 40 мкм 35 - 40 мкм

4 29 - 35 мкм 29 - 35 мкм 29 - 35 мкм

5 20 - 29 мкм 20 - 29 мкм 20 - 29 мкм

6 10 - 20 мкм 10 - 20 мкм 10 - 20 мкм

Концентрация МЧ 2.5 мас.% (а), концентрация МЧ 5 мас.% (б), концентрация МЧ 5БДСР 10 мас.% (в). Размер МЧ: 1 - 45-50 мкм, 2 - 40-45 мкм, 3 - 35-40 мкм, 4 - 29-35 мкм, 5 - 20-29 мкм, 6 - 10-20 мкм Рисунок 3.22 - Герметичные ячейки с МЖ

Конструкция магнитоуправляемого полосового фильтра ТГц излучения на основе МЖ состоит из следующих элементов (рисунок 3.23):

1. Ячейка с МЖ;

2. Пластиковый, немагнитный корпус с интегрированной магнитной системой типа колец Гельмгольца с индукцией от 0 до 57.2 мТл;

3. Блок питания постоянного тока с выходным напряжением 0-30 В, 3 А;

4. Блок управления с кнопкой вкл/выкл и регулировочным винтом для плавного изменения выходного напряжения.

1 - корпус со встроенной магнитной системой и ячейкой с МЖ, 2 - блок управления, 3 - кабель, 4 - блок питания Рисунок 3.23 - Структура магнитоуправляемого полосового фильтра ТГц излучения

Немагнитный корпус изготавливался на 3D принтере модели («Picaso 3D. Designer X Pro», Россия) из пластика модели «PLA» фирмы («BestFilament», Россия). В корпусе предусмотрено сквозное отверстие диаметром 13 мм для прохождения ТГц излучения и отсек для герметичной ячейки, который позволяет беспрепятственно устанавливать и извлекать ячейку (рисунок 3.24).

1 - пластиковый корпус, 2 - магнитная система, 3 - ячейка с МЖ, 4 - разъем подключения, 5 - сквозное отверстие для прохождения ТГц излучения

Рисунок 3.24 - Структура корпуса

Блок питания подключался в сеть переменного тока напряжением 220 В. Кнопкой вкл/выкл включался блок управления. При подаче напряжения на катушки индуктивности создается внешнее магнитное поле. Регулировочным винтом плавно регулировалось подаваемое напряжение на электромагниты, что приводит к изменению величины внешнего магнитного поля между катушками, а в следствии к управлению динамическими структурами в ячейке.

3.4 Апробация прототипа полосового фильтра в спектрометре ТГц-ТДС

Испытания разработанного магнитоуправляемого полосового фильтра в терагерцовом диапазоне частот проходило с помощью системы ТГц-ТДС производства («Т^рес 1000 Teravil», Литва) в режиме пропускания в частотном диапазоне от 0.2 до 1.5 ТГц, при постоянной температуре 21 °С ±1 °С. Внутри спектрометра вместо предметного столика (между фокусирующих зеркал) устанавливалась оптическая стойка с возможностью изменения высоты. На оптической стойке закреплялась конструкция полосового фильтра таким образом, чтобы создаваемое внешнее магнитное поле было ориентировано в вертикальной

плоскости и перпендикулярно направлению ТГц излучения (Режим 2), а пучок лазера проходил через сквозное отверстие в корпусе. Блок питания и блок управления располагались за пределами спектрометра ТГц-ТДС. Для получения референтного сигнала регистрировалось пропускание типичной ячейки только с чистым маслом с динамической вязкостью 0.126 Пас, плотностью 810 кг/м3. После этого каждая приготовленная ячейка с МЖ устанавливалась в предусмотренный отсек и происходила регистрация сигнала под воздействием внешнего магнитного поля в интервале от 0 до 57.2 мТл. Усреднение проводилось по 256 отсканированным кривым. Измерения каждого образца ячейки повторялись не менее 6 раз.

Таким образом были исследованы спектральные характеристики разработанного магнитоуправляемого полосового фильтра ТГц излучения при различных значениях магнитного поля и вариантами ячеек, наполненных МЖ из таблицы 2. На рисунке 3.25, представлены спектры пропускания ячеек с концентрацией МЧ 2.5 мас.% в двух состояниях. В отсутствии напряжения на электромагнитах, магнитное поле не генерируется, во всех образцах МЧ в МЖ ориентированы произвольно по всему объему ячейки. В этом режиме происходит несущественное ослабление излучения в диапазоне от 0.2 до 1.5 ТГц, уменьшающееся с частотой, что связано с поглощением металлического наполнителя. При подаче напряжения на катушки индуктивности создается внешнее магнитное поле, которое приводит к переориентации МЧ в МЖ вдоль вектора магнитного поля формируя периодические нитевидные структуры. Полученные результаты при действии внешнего магнитного поля свидетельствуют о том, что ячейки, содержащие МЖ с размером частиц 45-50 мкм, 40-45 мкм, 35-40 мкм с концентрацией МЧ 2.5 мас.% (рисунке 3.25а,б,в), не обеспечивают селективность ослабления ТГц излучения. Образцы ячеек, наполненные МЖ на основе частиц 5БДСР с размером 29-35 мкм, 20-29 мкм, 10-20 мкм с концентрацией МЧ 2.5 мас.% (рисунке 3.25г,д,е) действуют как полосовые фильтры низких частот. С уменьшением размера МЧ пик пропускания смещается в высокочастотную

область, а с увеличением величины магнитной индукции полоса пропускания фильтра сужается.

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 0.2 0.4 0.6 0.8 I 1.2 1.4

Частота. ТГц Частота, ТГц Частота, ТГц

Частота. ТГц Частота, ТГц Частота. ТГц

1 - B = 0 мТл, 2 - B = 6.7 мТл, 3 - В = 30.3 мТл, 4 - В = 57.2 мТл.

Размер частиц: 45-50 мкм (а), 40-45 мкм (б), 35-40 мкм (в), 29-35 мкм (г), 20-29 мкм (б), 10-20 мкм (е) Рисунок 3.25 - Средние значения и среднеквадратичные отклонения ТГц спектров пропускания ячеек с МЖ с концентрацией МЧ 5БДСР 2.5 мас.%

На рисунке 3.26, показаны ТГц спектры пропускания ячеек с МЖ с концентрацией МЧ 5 мас.%. Когда магнитное поле отсутствует, происходит ослабление ТГц излучения, близкое по уровню с неориентированными образцами с меньшей концентрацией МЧ. Ячейки, содержащие МЖ с размерами частиц 45-50 мкм, 40-45 мкм, 35-40 мкм (рисунок 3.26а,б,в) с ростом величины магнитного поля позволяют неселективно ослаблять излучение в диапазоне частот от 0.2 до 1.5 ТГц. При данной концентрации МЧ ячейка, содержащая МЖ с частицами с размерами 29-35 мкм, 20-29 мкм, 10-20 мкм (рисунок 3.26г,д,е) в магнитном поле дает один пик пропускания на низких частотах. С уменьшением размера МЧ этот пик

смещается в область высоких частот, а с увеличением величины магнитного поля ширина пропускания уменьшается.

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 0.2 0.4 0.6 0.8 I 1.2 1.4 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 Частота, ТГц Частота. ТГц Частота. ТГц

1 - В = 0 мТл, 2 - В = 6.7 мТл, 3 - В = 30.3 мТл, 4 - В = 57.2 мТл.

Размер частиц: 45-50 мкм (а), 40-45 мкм (б), 35-40 мкм (в), 29-35 мкм (г), 20-29 мкм (д), 10-20 мкм (е) Рисунок 3.26 - Средние значения и среднеквадратичные отклонения ТГц спектров пропускания ячеек с МЖ с концентрацией МЧ 5БДСР 5 мас.%

На рисунке 3.27, представлены ТГц спектры пропускания ячеек с МЖ с концентрацией МЧ 10 мас.%. Наибольшую эффективность модуляции поляризованного ТГц излучения, при воздействии внешнего магнитного поля, демонстрируют образцы ячеек, содержащие МЖ на основе частиц размером 29-35 мкм, 20-29 мкм и 10-20 мкм (рисунок 3.27г,д,е). При воздействии внешним магнитным полем в интервале от 0 до 57.2 мТл образцы ячеек демонстрируют один пик пропускания в области низких частот, а с ростом значения магнитной индукции ширина пропускания уменьшается.

1 - В = 0 мТл, 2 - В = 6.7 мТл, 3 - В = 30.3 мТл, 4 - В = 57.2 мТл. Размер частиц: 45-50 мкм (а), 40-45 мкм (б), 35-40 мкм (в), 29-35 мкм (г), 20-29 мкм (д), 10-20 мкм (е) Рисунок 3.27 - Средние значения и среднеквадратичные отклонения ТГц спектров пропускания ячеек с МЖ с концентрацией МЧ 5БДСР 10 мас.%

Помимо этого, ниже представлены ТГц спектры пропускания для значений магнитной индукции в интервале от 3.5 до 57.2 мТл образцов ячеек, способных селективно пропускать излучение в диапазоне от 0.2 до 1.5 ТГц. Данные ячейки содержат МЖ с размером частиц 29-35 мкм, 20-29 мкм, 10-20 мкм, но с разной концентрацией МЧ по массе. На рисунке 3.28 представлены спектры пропускания ячеек, содержащих МЖ с концентрацией МЧ 2.5 мас.%.

Размер частиц: 29-35 мкм (а), 20-29 мкм (б), 10-20 мкм (в) Рисунок 3.28 - Спектры пропускания ячеек с МЖ с концентрацией МЧ 2.5 мас.%

На рисунке 3.29 показаны спектры пропускания ячеек с МЖ с концентрацией МЧ 5 мас.%.

Размер частиц: 29-35 мкм (а), 20-29 мкм (б), 10-20 мкм (в) Рисунок 3.29 - Спектры пропускания ячеек с МЖ с концентрацией МЧ 5 мас.%

На рисунке 3.30 представлены спектры пропускания ячеек, наполненные МЖ с концентрацией МЧ 10 мас.%.

Частота, ТГц Частота, ТГц Частота,г

Размер частиц: 29-35 мкм (а), 20-29 мкм (б), 10-20 мкм (в) Рисунок 3.30 - Спектры пропускания ячеек с МЖ с концентрацией МЧ 10 мас.%

В вариантах ячеек, которые демонстрируют неселективное ослабление ТГц излучения, наблюдается не полное формирование периодических структур, связанное с недостаточной концентрацией МЧ. К этим ячейкам относятся образцы, содержащие МЖ с размерами частиц 45-50 мкм, 40-45 мкм, 35-40 мкм с концентрациями 2.5, 5 и 10 мас.%. На рисунке 3.31 представлен образец ячейки, наполненной МЖ с размерами частиц 45-50 мкм с концентрацией 2.5 мас.% в двух состояниях. На рисунке 3.31а показан случай, когда ячейка находится в бесполевом пространстве, частицы в МЖ ориентированы произвольно. В области слабых магнитных полей (единицы мТл) наблюдается возникновение процесса агломерации МЧ вдоль направления силовых линий магнитного поля, в течении нескольких секунд. Так как магнитная восприимчивость МЧ 5БДСР очень высока (~50000), то даже воздействие слабого магнитного поля приводит к выраженной агломерации МЧ в периодические нитевидные структуры. При дальнейшем увеличении значения магнитного поля, сначала отслеживается незначительное увеличение длины агломератов, а затем резкое увеличение длин агломератов и формирование новых структур. Увеличение длин агломератов в области сильных магнитных полей происходит за счет сближения соседних нитевидных структур вплоть до их полного объединения.

а - В = 0 мТл, б - В = 6.7 мТл, в - В = 12.9 мТл, г - В = 18.8 мТл, д - В = 24.7 мТл, е - В = 30.3 мТл, ж - В = 37.1 мТл, и - В = 43 мТл, к - В = 49.2 мТл, л - В = 57.2 мТл Рисунок 3.31 - Формирование структур МЖ в ячейке с концентрацией МЧ 2.5 мас.% при различных значениях магнитного поля

В вариантах ячеек с размером МЧ 10-35 мкм с концентрациями 2.5, 5 и 10 мас.%, которые работают как полосовые низкочастотные фильтры ТГц излучения частот, структурообразование происходит по всему объему ячейки при воздействии внешним магнитным полем величиной от 0 до 57.2 мТл. На рисунке 3.32 показано структурообразование в образце ячейки наполненной МЖ с размером МЧ 10-20 мкм с концентрацией частиц 2.5 мас.% при воздействии внешним магнитным полем.

а - В = 0 мТл, б - В = 6.7 мТл, в - В = 12.9 мТл, г - В = 18.8 мТл, б - В = 24.7 мТл, е - В = 30.3 мТл, ж - В = 37.1 мТл, и - В = 43 мТл, к - В = 49.2 мТл, л - В = 57.2 мТл Рисунок 3.32 - Формирование структур МЖ в ячейке с концентрацией частиц 2.5 мас.% при различных значениях магнитного поля

Дополнительно был подготовлен и исследован образец ячейки, содержащий МЖ на основе МЧ 5БДСР размером 29-50 мкм с концентрацией МЧ 15 мас.%. Данный образец в отсутствие магнитного поля демонстрирует ослабление ТГц излучения, близкое по уровню с неориентированными образцами с меньшей концентрацией МЧ. При слабом магнитном поле образуется один пик пропускания в низкочастотной области, а с увеличением значения магнитной индукции полоса пропускания на низких частотах подавляется и образуется новый пик пропускания на высоких частотах (рисунке 3.33). В результате, ячейка действует как полосовой низкочастотный фильтр или как полосовой высокочастотный фильтр ТГц излучения.

1 - В = 0 мТл, 2 - В = 3.5 мТл, 3 - В = 6.7 мТл, 4 - В = 12.9 мТл, 5 - В = 18.8 мТл, 6 - В = 57.2 мТл Рисунке 3.33 - Спектры пропускания ячейки с МЖ с размером МЧ 5БДСР 32-50 мкм с концентрацией МЧ 15 мас.%

Помимо этого, дополнительно были подготовлены и исследованы образцы ячеек, содержащих МЖ на основе коммерческих МЧ (рисунок 3.34, 3.35):

1. Образец 1 - карбонильное железо марки Р-20 (далее Fe-K) и масло с динамической вязкостью 0.126 Пас, плотностью 810 кг/м3. Размер МЧ 5-8 мкм и концентрация 10 мас.%. Карбонильное железо марки Р-20 - особая разновидность высокочистого железа, представляет собой порошок серого цвета с частицами сферической формы с ценными физико-химическими свойствами;

2. Образец 2 - железо Fe-71 и масло с динамической вязкостью 0.126 Пас, плотностью 810 кг/м3. Размер МЧ 100 нм и концентрация 10 мас.%;

3. Образец 3 - железо Fe и масло с динамической вязкостью 0.126 Пас, плотностью 810 кг/м3. Размер МЧ 200 нм и концентрация 10 мас.%;

4. Образец 4 - железо Бе-19 и масла с динамической вязкостью 0.126 Пас, плотностью 810 кг/м3. Размер МЧ 100 нм и концентрация 10 мас.%;

5. Образец 5 - железо Бе-19 и масло с динамической вязкостью 0.126 Пас, плотностью 810 кг/м3 с добавлением стабилизатора-ПАВ (олеиновая кислота). Размер МЧ 100 нм и концентрация 10 мас.%. Алгоритм приготовления МЖ для

данной ячейки был идентичным, как и для остальных МЖ, только сначала взвешенная порция МЧ обволакивалась в олеиновой кислоте в течении 24 часов при комнатной температуре 21 °С ±1 °С и только затем добавлялось масло с динамической вязкостью 0.126 Пас, плотностью 810 кг/м3 в расчетном количестве. При использовании ПАВ не допускается окисление МЧ и предотвращается их коагуляция, тем самым сохраняются свойства МЖ на неограниченный период времени.

1 - Карбонильное железо (Бе-К) размер МЧ 5-8 мкм, 2 - Бе-71 размер МЧ 100 нм, 3 - Бе размер МЧ 200 нм, 4 - Бе-19 размер МЧ 100 нм Рисунок 3.34 - Иллюстрация коммерческих МЧ

1 2 3 4 5

1 - Образец 1, 2 - Образец 2, 3 - Образец 3, 4 - Образец 4, 5 - Образец 5 Рисунок 3.35 - Герметичные ячейки с МЖ

На рисунке 3.36 представлены ТГц спектры пропускания герметичной ячейки, показавшей наилучший результат. Ячейка наполнена МЖ на базе Fe-K и моторного масла с размером частиц 5-8 мкм с концентрацией частиц 10 мас.%. В

результате данный образец работает как низкочастотный полосовой фильтр ТГц излучения.

О1-1-1-1-1-1-^

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

Частота, ТГц

1 - В = 0 мТл, 2 - В = 3.5 мТл, 3 - В = 6.7 мТл, 4 - В = 12.9 мТл, 5 - В = 18.8 мТл, 6 - В = 57.2 мТл Рисунок 3.36 - Спектры пропускания ячейки с МЖ с размером МЧ Бе-К 5-8 мкм с концентрацией МЧ 10 мас.% (образец 1)

Результаты остальных образцов представлены на рисунке 3.37, на которых видно, что ячейки, содержащие МЖ на основе частиц железа и масла, позволяют неселективно ослаблять ТГц излучение в диапазоне от 0.2 до 1.5 ТГц. Варианты данных ячеек можно сопоставить с работой аттенюатора, который предназначен для плавного, постепенного понижения интенсивности электромагнитного излучения, поступающего от источника.

Частота, 1Гц Частота, ТГц

1 - В = 0 мТл, 2 - В = 3.5 мТл, 3 - В = 6.7 мТл, 4 - В = 12.9 мТл, 5 - В = 18.8 мТл, 6 - В = 57.2 мТл. Образец 2 (а), Образец 3 (б), Образец 4 (в), Образец 5 (г) Рисунок 3.37 - Спектры пропускания ячеек с МЖ с концентрацией МЧ 10 мас.%

3.5 Магнитоуправляемый линейный поляризатор терагерцового излучения

на основе магнитной жидкости

Использование МЖ является одним из возможных подходов к созданию управляемых ТГц поляризаторов. МЖ можно использовать, потому что они образуют динамические нитевидные структуры в течении нескольких секунд, похожие на обычные поляризаторы с параллельной проволочной сеткой. Формируемые структуры обладают высокой степенью анизотропии магнитного поля и проводимости. Подбирая размер и концентрацию МЧ, ориентацию и величину внешнего магнитного поля можно создавать функциональные управляемые ТГц поляризаторы с различными спектральными свойствами [316].

Данный подход может представлять интерес с точки зрения создания экономически эффективного поляризатора по сравнению с фотолитографией, МЭМС и другими методами производства.

Исследование созданного поляризатора проводилось с использованием ТГц-ТДС спектрометра («Т^рес 1000 Teravil», Литва) в режиме пропускания в диапазоне от 0.2 до 1.5 ТГц, при постоянной температуре 21 °С ±1 °С. Внутри спектрометра вместо предметного столика (между фокусирующих зеркал) устанавливалась оптическая стойка с возможностью изменения положения к которой крепились катушки индуктивности. ТГц излучение проходило через центр ячейки в соответствии с рисунком 3.38а. Иллюстрация изменения поляризации проходящего через ячейку изначально неполяризованного пучка ТГц излучения показана на рисунке 3.38б. Стрелки, расположенные в плоскости, перпендикулярной направлению распространения пучка ТГц излучения, показывают состояние поляризации волны.

Рисунок 3.38 - Оптическая схема ТГц-ТДС спектрометра и расположение поляризатора (а), иллюстрация изменения поляризации ТГц излучения

проходящего через ячейку

После этого каждая изготовленная ячейка, заполненная вариантами МЖ из таблицы 2, устанавливалась в предусмотренное место и регистрировался сигнал во

внешнем магнитном поле, изменявшемся в интервале 0-57.2 мТл. Было проведено усреднение по 256 спектрам, измеренным при одинаковых условиях. Измерения с каждой ячейкой повторяли не менее 5 раз.

Степень поляризации первоначально неполяризованного ТГц излучения, прошедшего через ячейку, была рассчитана по следующей формуле:

р = (19)

где - интенсивность прошедшего через ячейку линейно поляризованного ТГц излучения с плоскостью поляризации, перпендикулярной вектору магнитной индукции внешнего магнитного поля, /н - интенсивность прошедшего через ячейку

линейно поляризованного ТГц излучения с плоскостью поляризации, параллельной вектору магнитной индукции внешнего магнитного поля. Ориентация внешнего магнитного поля изменялась механическим вращением катушек индуктивности.

Степень поляризации изначально неполяризованного ТГц излучения, прошедшего через ячейки, содержащие МЖ с концентрацией МЧ 2.5 мас.% показана на рисунке 3.39. Ячейки, содержащие МЖ с размером частиц 29-35 мкм, 20-29 мкм, 10-20 мкм действуют как управляемые поляризаторы ТГц излучения (рисунок 3.39г,д,е). Уменьшение размера МЧ приводит к повышению степени поляризации и к сдвигу рабочего диапазона поляризатора в высокочастотную область. С ростом величины магнитного поля расширяется диапазон рабочих частот поляризатора и увеличивается степень поляризации. Образцы ячеек с МЖ с размером частиц 45-50 мкм, 40-45 мкм, 35-40 мкм имеют плохую реакцию на величину внешнего магнитного поля и низкую степень поляризации, связанную с образованием неправильных структур из-за слишком низкой концентрации МЧ (рисунок 3.39а,б,в).

а - 45-50 мкм, б - 40-45 мкм, в - 35-40 мкм, г - 29-35 мкм, д - 20-29 мкм, е - 10-20 мкм Рисунок 3.39 - Степень поляризации первоначально неполяризованного излучения прошедшего через ячейку содержащую МЖ с концентрацией

5БДСР 2.5 мас.%

ТГц МЧ

Степень поляризации первоначально неполяризованного ТГц излучения, прошедшего через ячейки, содержащие МЖ с концентрацией МЧ 5 мас.% показана на рисунке 3.40. Данные результаты свидетельствуют о том, что образцы ячеек содержащие МЖ с размером МЧ 29-35 мкм, 20-29 мкм, 10-20 мкм демонстрируют наилучшую эффективность при поляризации ТГц излучения. Варьирование величины магнитного поля позволяет управлять спектральным диапазоном работы поляризатора (рисунок 3.40г,д,е).

0,2 0,4 0,6 0,а 1,0 1,2 1,4 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 0,2 0.4 0.6 0,8 1.0 1,2 1,4

Частота, ТГц Частота, ТГц Частота, ТГц

ОД 0,4 0,6 0,4 1,0 1Д 1,4 0,2 0,4 0,6 О.В 1,0 1,2 1,4 ОД 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

Частота, ТГц Частота, ТГц Частота, ТГц

а - 45-50 мкм, б - 40-45 мкм, в - 35-40 мкм,

г - 29-35 мкм, д - 20-29 мкм, е - 10-20 мкм Рисунок 3.40 - Степень поляризации первоначально неполяризованного ТГц излучения прошедшего через ячейку содержащую МЖ с концентрацией МЧ

5БДСР 5 мас.%

Степень поляризации первоначально неполяризованного ТГц излучения, прошедшего через ячейки содержащие МЖ с концентрацией МЧ 10 мас.% показана на рисунке 3.41. С увеличением величины магнитного поля степень поляризации ТГц излучения прошедшего через поляризатор увеличивается (рисунок 3.41а,б,в). В случае МЖ с размерами МЧ 29-35 мкм, 20-29 мкм, 10-20 мкм уменьшение размера МЧ больше не приводит к существенному сдвигу спектрального диапазона работы поляризатора, а рост величины магнитного поля приводит к расширению спектрального диапазона работы поляризатора и повышению степени поляризации передаваемого ТГц излучения.

а - 45-50 мкм, б - 40-45 мкм, в - 35-40 мкм, г - 29-35 мкм, д - 20-29 мкм, е - 10-20 мкм Рисунок 3.41 - Степень поляризации первоначально неполяризованного ТГц излучения прошедшего через ячейку содержащую МЖ с концентрацией МЧ

5БДСР 10 мас.%

Физический принцип изменения поляризации ТГц излучения можно кратко описать следующим образом. Динамические нитевидные структуры микрочастиц, возникающие под действием внешнего магнитного поля, можно рассматривать как набор параллельных сегментов металлической проволоки. Коэффициент отражения подобной структуры зависит от угла в между плоскостью поляризации электромагнитной волны и ориентацией металлических проволок [317]. Когда в = 90°, коэффициент отражения равен нулю, и эта составляющая ТГц излучения проходит через поляризатор. Когда в = 0° отражение высокое, и этот компонент не проходит.

Для МЧ малого размера и максимальной величины магнитного поля концентрация МЧ слабо влияет на степень поляризации ТГц излучения прошедшей через поляризатор. В этих условиях типичная степень поляризации составляет около 90 %. Для МЧ малого размера и максимального магнитного поля

(создаваемого электромагнитами), рабочий спектральный диапазон поляризатора зависит от концентрации МЧ. При уровне степени поляризации не менее 80 % нижний частотный пороговый уровень варьируется от 0.2 до 0.4 ТГц при снижении концентрации МЧ с 10 мас.% до 2.5мас.%. Следует отметить, что динамическое равновесие пространственной структуры МЧ во внешнем магнитном поле наступает примерно за 1 секунду. Рабочим диапазоном поляризатора и степенью поляризации можно совместно управлять, изменяя величину внешнего магнитного поля.

Следовательно, изменение степени поляризации ТГц излучения может быть реализовано следующим образом:

1. Чтобы создать горизонтально поляризованные излучение необходимо использовать схему, представленную на рисунке 3.38б;

2. Чтобы создать вертикально поляризованное ТГц излучение необходимо повернуть электромагниты на 90°;

3. Изменение степени поляризации передаваемого ТГц излучения осуществляется путем регулирования величины внешнего магнитного поля.

3.6 Вывод по главе 3

Изготовлены пробные кюветы 3D печатью из следующих типов пластика: «ABS», «PLA», «Watson». Проведен анализ ТГц спектров пропускания этих кювет. Показано, что кювета, изготовленная из пластика модели «Watson» демонстрирует высокое пропускание и может использоваться при исследованиях в диапазоне частот от 0.2 до 1.5 ТГц.

Получены ТГц спектры пропускания десяти жидкостей различной вязкости и толщины образца в режиме пропускания в диапазоне от 0.2 до 1.5 ТГц при постоянной температуре 21 °С ±1 °С. Исследованы спектры пропускания для всех жидкостей при толщине образца 3 мм. Изучены ТГц спектры пропускания отобранных жидкостей-носителей при толщине образца 6 и 9 мм. Показано, что на данных толщинах наиболее прозрачным является моторное масло с динамической

вязкостью 0.126 Пас, плотностью 810 кг/м3, оптическая плотность которого на толщине образца 6 и 9 мм остается постоянным по сравнению с ПФМС-4.

Экспериментально исследованы ТГц оптические характеристики изготовленных МЖ, отличающихся своими свойствами (материалом твердой магнитной фазы, концентрацией и размером МЧ) в режиме пропускания в диапазоне частот от 0.2 до 1.5 ТГц при различных ориентациях внешнего магнитного поля в интервале от 0 до 57.2 мТл.

Реализован магнитоуправляемый полосовой фильтр ТГц излучения частот на основе МЖ. Полосовой фильтр состоит из немагнитного пластикового корпуса со встроенными катушками индуктивности (в виде колец Гельмгольца), блока питания, блока управления и герметичной ячейки с МЖ. В корпусе фильтра предусмотрено сквозное отверстие для прохождения ТГц излучения и специальный отсек для размещения ячейки с МЖ. МЖ состоит из масла с динамической вязкостью 0.126 Па с, плотностью 810 кг/м3 и микрочастиц аморфно-кристаллического сплава 5БДСР. Ячейка с МЖ размещается в предусмотренном отсеке, как раз между электромагнитами и ТГц излучение проходит через центр ячейки. Под воздействием внешнего магнитного поля, микрочастицы в МЖ ориентируются вдоль вектора магнитного поля, формируя периодические нитевидные структуры. Управление фильтром происходит посредством изменения величины магнитной индукции, которое приводит к перераспределению частиц в МЖ и образованию структур с новыми параметрами.

Совокупность изготовленных ячеек с вариантами МЖ и катушек индуктивности в зависимости от ориентации внешнего магнитного поля работают как поляризатор ТГц излучения. Ячейки с МЖ с размером МЧ 29-35 мкм, 20-29 мкм, 10-20 мкм обладают высокой степенью поляризации. Рабочим диапазоном поляризатора и степенью поляризации можно управлять в реальном времени за счет изменения величины внешнего магнитного поля.

Заключение

В процессе написания диссертационной работы представлен подробный аналитический обзор литературы по современным методам и подходам создания полосовых фильтров и поляризаторов ТГц излучения. Изучены методы синтеза магнитных частиц для приготовления МЖ. Полученные знания были использованы для построения математической модели полосового фильтра и при проведении физических экспериментов.

Основные выводы, полученные в результате выполнения диссертационной работы, можно обобщить следующим образом:

1. Исследованная в диссертационной работе математическая модель позволяет получить качественные оценки поведения МЖ во внешнем магнитном поле. С использованием численного моделирования показано формирование периодических структур в МЖ во внешнем однородном магнитном поле, похожих на дифракционную решетку. Пользуясь этой аналогией, проведены оценки спектра пропускания модельных фильтров ТГц излучения в зависимости он угла падения. Полученные теоретические результаты качественно согласуются с экспериментальными данными. Представленные результаты позволяют рассматривать изложенный в данной диссертационной работе подход как перспективный для оценки трансформации ТГц волн при их прохождении через полосовые фильтры на основе магнитных жидкостей.

2. Исследованы перспективные жидкости-носители различной вязкости и химическим составом при различных толщинах в диапазоне частот от 0.2 до 1.5 ТГц в режиме пропускания при постоянной температуре 21 °С ±1 °С. Были отобраны следующие вещества - это ПФМС-4 и масло с динамической вязкостью 0.126 Пас, плотностью 810 кг/м3. Рассмотрев отобранные жидкости на толщине слоев 3, 6 и 9 мм, можно сделать следующие выводы:

а. В случае ПФМС-4 на толщинах 6 и 9 мм закон Бугера перестает

работать, возникают нелинейные эффекты, связанные с воздействием

лазерного излучения на исследуемую жидкость. Следовательно, применение ПФМС-4 на толщинах больше 3 мм не очевидно.

б. Масло с динамической вязкостью 0.126 Пас, плотностью 810 кг/м3 является достаточно прозрачным на всех рассмотренных толщинах, в рамках погрешности прибора. Таким образом, масло с динамической вязкостью 0.126 Пас, плотностью 810 кг/м3 не зависимо от толщины (3, 6 или 9 мм) исследуемого образца является перспективной жидкостью-носителем для магнитных жидкостей при изучении возможностей их использования в ТГц излучении, а ПФМС-4 позволит использовать его в качестве жидкости-носителя на тонких слоях, что может оказаться наиболее эффективным при создании элементной базы для ТГц приборов.

3. В диссертационной работе представлены экспериментальные исследования образцов магнитных жидкостей с различным форм-фактором магнитного наполнителя в диапазоне частот от 0.2 до 1.5 ТГц в режиме пропускания, при постоянной температуре 21 °С ±1 °С. Разработан макет полосового фильтра, который представляет собой немагнитный корпус с источником магнитного поля, ячейку с магнитной жидкостью и разъем для подключения к блоку управления. Источник магнитного поля используется в качестве управляющего параметра для образования структур частицами в магнитной жидкости. При воздействии магнитным полем на образцы ячеек с вариантами магнитных жидкостей происходит самоорганизация частиц, т.е. формирование нитевидных структур. Полученные структуры можно эффективно использовать в качестве управляющей среды для создания полосового фильтра, а также преобразователей поляризации ТГц излучения. Показано, что полоса пропускания, разработанного магнитоуправляемого полосового фильтра ТГц излучения на основе магнитной жидкости зависит от величины внешнего магнитного поля, размера магнитных частиц и от их количества в единице объема. В ходе исследований фильтра было выявлено, что для модуляции ТГц излучения можно считать оптимальной концентрацию частиц от 2.5 мас.% и с размером

частиц от 10 до 35 мкм. Образцы с такой конфигурацией магнитной жидкости работают как низкочастотные полосовые фильтры.

Разработан прототип линейного поляризатора ТГц излучения с магнитным управлением на основе, заполненной магнитной жидкостью, управляемой внешним магнитным полем. Под действием внешнего магнитного поля МЧ образуют динамические нитевидные структуры, которые можно рассматривать как набор параллельных сегментов металлической проволоки. Отражение ТГц излучения подобными структурами зависит от угла между плоскостью поляризации волны и ориентации металлических проволок.

В рамках данной работы создан комплекс для магнитоуправляемой амплитудно-частотной модуляции терагерцового излучения на основе магнитных жидкостей. Также результат работы показывает возможность создания новых функциональных устройств ТГц электроники с управляемыми свойствами.

Перспективным направлением дальнейшего исследования: является усовершенствование математической модели ТГц полосового фильтра с учетом трехмерных эффектов и исследование влияния размера и формы магнитных частиц на процесс структурообразования и межструктурных взаимодействий в магнитной жидкости.

Список условных обозначений и сокращений

ЖК - жидкий кристалл

ИК - инфракрасный диапазон частот

КЭ - конечные элементы

МЖ - магнитная жидкость

МКЭ - метод конечных элементов

МЧ - магнитные частицы

МЭМС - микроэлектромеханические системы

ПАВ - поверхностно-активные вещества

ПК - персональный компьютер

ПО - программное обеспечение

ПФМС-4 - полиметилфенилсилоксан

ТГц - терагерц, терагерцовый

ТГц-ТДС - терагерцовый спектрометр реального времени

5БДСР - сплав с аморфно-кристаллической структурой

Список использованной литературы

1. A tunable universal terahertz filter using artificial dielectrics based on parallel-plate waveguides / R. Mendis [et al.] // Applied Physics Letters. - 2010. -Vol. 97, № 13. - P. 131106_1-131106_3.

2. Wang Y. A terahertz tunable waveguide bandpass filter based on bimorph microactuators / Y. Wang, J. Hu, Y. Luo // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. - 2019. - Vol. 29, № 2. - P. 110-112.

3. Design and theoretical study of a polarization-insensitive multiband terahertz metamaterial bandpass filter / H.-P. Li [et al.] // Chinese Physics B. -2017. - Vol. 26, № 12. - P. 127801_1-127801_5.

4. Tunable reflecting terahertz filter based on chirped metamaterial structure / J. Yang [et al.] // Scientific Reports. - 2016. - Vol. 6. - P. 1-7.

5. Khodaee M. GaN-based metamaterial terahertz bandpass filter design: tunability and ultra-broad passband attainment / M. Khodaee, M. Banakermani, H. Baghban // Applied Optics. - 2015. - Vol. 54, № 29. - P. 8617-8624.

6. Tunable metamaterials for controlling THz radiation / I. B. Vendik [et al.] // IEEE Transaction on Terahertz Science and Technology Science and Technology. - 2012. - Vol. 2, № 5. - P. 538-549.

7. A MEMS tunable metamaterial filter / W. M. Zhu [et al.] // 2010 IEEE 23rd International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS). -2010. - P. 196-199.

8. Jia K. THz narrow band-pass filter based on stopband modulation in corrugated parallel plate waveguides / K. Jia, L. Fan, Z. Cao // Optics Communications. - 2020. - Vol. 465. - P. 125604.

9. Применение ёмкостных микроструктур в качестве антиалиасных фильтров для задач широкополосной импульсной терагерцовой спектроскопии / А. А. Рыбак [и др.] // Автометрия. - 2020. - Т. 56, № 1. - С. 124-132.

10. Власенко А. А. Анализ изменения формы импульсов при их передаче через полосовые фильтры оптических систем связи / А. А. Власенко, А. А. Трубин // Электроника и связь: научно-технический журнал.

- 2012. - Т. 67, № 2. - С. 51-56.

11. Zhang H.-W. Independent tunable band pass filter in terahertz regime / H.-W. Zhang [et al.] // Frontiers in Optics. - 2014. - URL: https://www.researchgate.net/publication/287076425_Independent_Tunable_Ban d_Pass_Filter_in_Terahertz_Regime (access date: 10.02.2022).

12. Catapano I. Enhanced time of flight THz imaging via a de-noising procedure based on band pass filtering / I. Catapano [et al.] // 2016 41st International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz waves (IRMMW-THz). - 2016. - URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/7758806 (access date: 10.02.2022).

13. Shekari-Firouzjaei A. Tunable THz band-pass filter by a ternary photonic crystal / A. Shekari-Firouzjaei, D. Kalhor // Optic. - 2021. - Vol. 247. -P. 167907.

14. Joshi N. Concurrent dual-band tunable graphene based band-pass filter / N. Joshi, N. Pathak // 2016 11th International Conference on Industrial and Information Systems (ICIIS). - 2016. - P. 218-223.

15. Mirnia S. E. Dynamically tunable reflecting near-infrared bandpass filter based on a hybrid graphene-nanometallic structure / S. E. Mirnia, B. A. Lain // Applied Optics. - 2020. - Vol. 59, № 18. - P. 5608-5614.

16. Tunable bandstop filter using graphene in terahertz frequency band / G. Ram [et al.] // AEU - International Journal of Electronics and Communications. -2022. - Vol. 144. - P. 154047.

17. Development of narrow bandpass filters based on cross cavities for the terahertz frequency range / V. Y. Soboleva [et al.] // Journal of Optical Technology.

- 2017. - Vol. 84, № 8. - P. 521-524.

18. Thirupathaiah K. Nanoplasmonic multiband band pass filter for THz wireless communications / K. Thirupathaiah, K. Balmuri, S. Konda // 2021 IEEE

Research and Applications of Photonics in Defense Conference (RAPID). - 2021. - URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/9541517 (access date: 14.03.2022).

19. Jaiswal R. Spoof plasmonic-based band-pass filter with high selectivity and wide rejection bandwidth / R. Jaiswal, N. Pandit, N. Pathak // IEEE Photonics Technology Letters. - 2019. - Vol. 31, № 15. - P. 1293-1296.

20. Mathematical modelling of electrically controlled filters of microwave, subTHz, and THz-bands on the base of grapheneand-dielectric multilayer structure / I. A. Smirnov [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. - 2020. - Vol. 1443. - P. 1-8.

21. Dmitriev V. Tunable THz and infrared plasmonic filters and switches based on circular graphene resonator with 90° bending of output port / V. Dmitriev, G. Melo, W. Castro // IEEE Photonics Journal. - 2020. - Vol. 12, № 5. P. 1-13.

22. Niu Z. The design of a 220GHz single sideband communication system / Z. Niu [et al.] // 2020 IEEE MTT-S International Microwave Workshop Series on Advanced Materials and Processes for RF and THz Applications (IMWS-AMP). -2020. - URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/9199748 (access date: 10.05.2022).

23. Guided mode resonance flat-top bandpass filter for terahertz telecom applications / A. Ferraro [et al.] // Optics Letters. - 2019. - Vol. 44, № 17. - P. 4239-4242.

24. Bark H. Tunable terahertz guided-mode resonance filter with a variable grating period / H. Bark, T.-I. Jeon // Optics Express. - 2018. - Vol. 26, № 22. -P. 29353-29362.

25. Angle-resolved and polarization-dependent investigation of cross-shaped frequency-selective surface terahertz filters / A. Ferraro [et al.] // Applied Physics Letters. - 2017. - Vol. 110, № 14. - P. 141107_1-141107_4.

26. Influence of the geometric parameters of the electrical ring resonator matasurface on the performance of metamaterial absorbers for terahertz applications / D. Gomon [et al.] // Chinese Optics. - 2018. - Vol. 11, № 1. - P. 4759.

27. Broadband silicon absorber of terahertz radiation / V. S. Pavelyev [et al.] // Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. -

2019. - Vol. 13, № 6. - P. 1302-1305.

28. Chen X.-S. Tunable terahertz absorber with multi-defect combination embedded VO2 thin film structure / X.-S. Chen, J.-S. Li // Acta Physica Sinica. -

2020. - Vol. 69, № 2. - P. 027801_1-027801_7.

29. Multi-controlled broadband terahertz absorber engineered with VO2-integrared borophene metamaterials / M. Liu [et al.] // Optical Materials Express.

- 2021. - Vol. 11, № 8. - P. 2627-2638.

30. A dual band terahertz metamaterial absorber / H. Tao [et al.] // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2010. - Vol. 43, № 22. - P. 1-5.

31. Highly flexible wide angle of incidence terahertz metamaterial absorber: Design, fabrication, and characterization / H. Tao [et al.] // Physical Review B. -2008. - Vol. 78, № 24. - P. 241103_1-241103_4.

32. Tunable broadband terahertz absorber based on graphene metamaterials and VO2 / R. Zhou [et al.] // Optical Materials. - 2021. - Vol. 114. - P. 110915.

33. Tunable terahertz perfect absorber with a graphene-based double split-ring structure / Z. Wu [et al.] // Optical Materials Express. - 2021. - Vol. 11, № 1.

- P. 73-79.

34. Dual band terahertz metamaterial absorber: Design, fabrication, and characterization / Q.-E. Wen [et al.] // Applied Physics Letters. - 2009. - Vol. 95, № 24. - P. 241111_1-241111_3.

35. Dual and broadband terahertz metamaterial absorber based on a compact resonator structure / Y. Cheng [et al.] // Optical Materials Express. - 2018. - Vol. 8, № 10. - P. 3104-3114.

36. Graphene-Based Magnetically Tunable Broadband Terahertz Absorber / Z. Wei [et al.] // IEEE Photonics Journal. - 2022. - Vol. 14, № 1. - P. 5905306.

37. Grebenchukov A. N. Optically controlled narrowband terahertz switcher based on graphene / A. N. Grebenchukov, A. D. Zaitsev, M. K. Khodzitsky // Chinese Optics. - 2018. - Vol. 11, № 2. - P. 166-173.

38. Han J. Semiconductor split-ring resonators for thermally tunable terahertz metamaterials / J. Han, A. Lakhtakia // Journal of Modern Optics. - 2009. - Vol. 56, № 4. - P. 554-557.

39. Koshelev K. L. Temperature-tunable semiconductor metamaterial / K. L. Koshelev, A. A. Bogdanov // Physical Review B. - 2015. - Vol. 92. - P. 085305_1-085305_8.

40. Actively tunable terahertz electromagnetically induced transparency analogue based on vanadium-oxide-assisted metamaterials / Z. Zhang [et al.] // Applied Physics A. - 2020. - Vol. 126, № 199. - P. 1-11.

41. Unlu M. Miniature multi-contact MEMS switch for broadband terahertz modulation / M. Unlu, M. Jarrahi // Optics Express. - 2014. - Vol. 22, № 26. - P. 32245-32260.

42. Liquid-crystal-filled photonic crystal for terahertz switch and filter / H. Zhang [et al.] // Journal of the Optical Society of America B. - 2009. - Vol. 26, № 1. - P. 101-106.

43. Antireflection-assisted all-dielectric terahertz metamaterial polarization converter / J. Zi [et al.] // Applied Physics Letters. - 2018. - Vol. 113, № 10. - P. 101104_1-101104_4.

44. Особенности исследования анизотропных сред методами импульсной терагерцовой спектроскопии / В. Д. Анцыгин [и др.] // Автометрия. - 2016. - Т. 52, № 4. - С. 71-78.

45. Анализ поляризации ТГц-излучения с помощью решетчатого поляризатора и кристалла ZnTe / Ф. А. Зайнуллин [и др.] // Russian Technological Journal. - 2022. - Т. 10, № 3. - С. 74-84.

46. Excitation of dark multipolar plasmonic resonances at terahertz frequencies / L. Chen [et al.] // Scientific Reports. - 2016. - Vol. 6, № 22027. - P. 1-11.

47. A perfect metamaterial polarization rotator / L. Cong [et al.] // Applied Physics Letters. - 2013. - Vol. 103, № 17. - P. 171107_1-171107_5.

48. Zhang X. Introduction to THz Wave Photonics / X. Zhang, J. Xu // Springer Science + Business Media. - 2010. - 262 p.

49. Siegel P. H. Terahertz technology // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 2002. - Vol. 50, № 3. - P. 910-928.

50. Terahertz time-domain spectroscopy for non-invasive assessment of water content in biological samples / M. Borovkova [et al.] // Biomedical optics express. - 2018. - Vol. 9, № 5. - P. 2266-2276.

51. Исследование воздействия излучения 0.05-2 ТГц на биоткани разной толщины в медицинской диагностике / Я. В. Грачев [и др.] // Оптический журнал. - 2010. - Т. 77, № 11. - С. 92-94.

52. Ранняя диагностика кариеса твердых тканей зубов с помощью лазерного излучения терагерцового диапазона / А. А. Езерская [и др.] // Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. - 2011. - № 6. - С. 92-97.

53. Terahertz biophotonics as a tool for studies of dielectric and spectral properties of biological tissues and liquids / O. A. Smolyanskaya [et al.] // Progress in Quantum Electronics. - 2018. - Vol. 62, № 3. - P. 1-77.

54. Гареев Г. З. Применение ТГц-излучения для обеспечения жизнедеятельности человека / Г. З. Гареев, В. В. Лучинин // Биотехносфера. - 2014. - Т. 6, № 36. - С. 71-79.

55. Terahertz radiation and the skin: a review / A. I. Nikitkina [et al.] // Journal of Biomedical Optics. - 2021. - Vol. 26, № 4. - P. 043005_1-043005_26.

56. Siegel P.H. Terahertz technology in biology and medicine // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 2004. - Vol. 52, № 10. - P. 2438-2447.

57. Measurement depth enhancement in terahertz imaging of biological tissues / S. Oh [et al.] // Optics Express. - 2013. - Vol. 21, № 18. - P. 2129921305.

58. Усанов Д. А. Перспективы и тенденции развития терагерцовых технологий: патентный ландшафт / Д. А. Усанов, Н. В. Романова, Е. А. Салдина // Экономика науки. - 2017. - Т. 3, № 3. - С. 189-202.

59. Terahertz-to-infrared converters for imaging the human skin cancer: challenges and feasibility / K. Moldosanov [et al.] // Journal of Medical Imaging.

- 2023. - Vol. 10, № 2. - P. 023501_1-023501_41.

60. Cherkasova O. Noninvasive blood glucose monitoring in the terahertz frequency range / O. Cherkasova, M. Nazarov, A. Shkurinov // Optical and Quantum Electronics. - 2016. - Vol. 48, № 3. - P. 1-12.

61. Blood optical properties at various glucose level values in THz frequency range / S. Gusev [et al.] // Proceedings of the SPIE. - 2015. - Vol. 9537.

- P. 95372_1-95372_6.

62. Экспериментальное обоснование безопасности применения терагерцового излучения для анализа изменений гидратации роговицы / Т. Н. Сафонова [и др.] // Вестник офтальмологии. - 2021. - Т. 137, № 3. - С. 58-67.

63. Development of far-infrared Ge: Ga photoconductor 2D array for 3-THz imaging / M. Fujiwara [et al.] // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. - 2000. - Vol. 4130. - P. 842-849.

64. THz photometers for solar flare observations from space / P. Kaufmann [et al.] // Experimental Astronomy. - 2014. - Vol. 38, № 95. - P. 579-598.

65. THz solar observations on board of a trans-Antarctic stratospheric balloon flight / P. Kaufmann [et al.] // Annual International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz). - 2016. - P. 1-2.

66. Кропотов Г. Терагерцовые фотометры для наблюдений солнечных вспышек из космоса / Г. Кропотов, П. Кауфман // Фотоника. - 2013. - Т. 5, №2 41. - С. 40-51.

67. Toxic chemical compound detection by terahertz spectroscopy: a review / L. Yang [et al.] // Reviews in Analytical Chemistry. - 2018. - Vol. 37, № 3. - P. 1-10.

68. Davies S. R. Receiver technology for terahertz astronomy // IEE Colloquium on Terahertz Technology and its Applications (Digest No: 1997/151).

- 1997. - Vol. 151, № 3. - P. 1-5.

69. The Earth Observing System Microwave Limb Sounder (EOS MLS) on the Aura Satellite / J. Waters [et al.] // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. - 2006. - Vol. 44, № 5. - P. 1075-1092.

70. You B. Remote and in situ sensing products in chemical reaction using a flexible terahertz pipe waveguide / B. You, J.-Y. Lu // Optics Express. - 2016. -Vol. 24, № 16. - P. 18013-18023.

71. Monitoring Plant Drought Strees Response Using Terahertz TimeDomain Spectroscopy / N. Born [et al.] // Plant Physiology. - 2014. - Vol. 164, № 4. - P. 1571-1577.

72. Gente R. Monitoring leaf water content with THz and sub-THz waves / R. Gente, M. Koch // Plant Methods. - 2015. - Vol. 15. - P. 1-9.

73. Determination of Leaf Water Content from Terahertz Time-Domain Spectroscopic Data / R. Gente [et al.] // Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. - 2013. - Vol. 34. - P. 316-323.

74. You B. Remote and in situ sensing products in chemical reaction using a flexible terahertz pipe waveguide / B. You, J.-Y Lu // Optics Express. - 2016. -Vol. 24, № 16. - P. 18013-18023.

75. Nagatsuma T. Advances in terahertz communications accelerated by photonics / T. Nagatsuma, G. Ducournau, C. Renaud // Nature Photonics. - 2016.

- Vol. 10. - P. 371-379.

76. Song H.-J. Present and future of terahertz communications / H.-J. Song, T. Nagatsuma // IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. - 2011.

- Vol. 1, № 1. - P. 256-263.

77. Federici J. Review of terahertz and subterahertz wireless communications / J. Federici, L. Moeller // Journal of Applied Physics. - 2010. -Vol. 107, № 11. - P. 111101_1-111101_22.

78. Feasibility analysis of opto-electronic THz Earth-satellite links in the low- and mid-latitude regions / M. Saqlain [et al.] // Applied Optics. - 2019. - Vol. 58, № 25. - P. 6762-6769.

79. Direct intensity modulation and wireless data transmission characteristics of terahertz-oscillating resonant tunneling diodes / K. Ishigaki [et al.] // Electronics Letters. - 2012. - Vol. 48, № 10. - P. 582-583.

80. Semenova V. Numerical simulation of broadband vortex terahertz beams propagation / V. Semenova, M. Kulya, V. Bespalov // Journal of Physics. Conference Series. - 2015. - Vol. 735. - P. 5.

81. 104 meters photonics-aided terahertz wireless transmission without terahertz amplifier / W. Li [et al.] // IEEE Photonics Technology Letters. - 2022. -Vol. 34, № 16. - P. 858-861.

82. Ahi K. Quality control and authentication of packaged integrated circuits using enhanced-spatial-resolution terahertz time-domain spectroscopy and imaging / K. Ahi, S. Shahbazmohamadi, N. Asadizanjani // Optics and Lasers in Engineering. - 2018. - Vol. 104. - P. 274-284.

83. Naftaly M. Industrial applications of terahertz sensing: state of play / M. Naftaly, N. Vieweg, A. Deninger // Sensors. - 2019. - Vol. 19, № 19. - P. 1-35.

84. Quality control of leather by terahertz time-domain spectroscopy / A. Hernandez-Serrano [et al.] // Applied Optics. - 2014. - Vol. 53, № 33. - P. 78727876.

85. Experimental research on imaging of precession targets with THz radar / Q. Yang [et al.] // Electronics Letters. - 2016. - Vol. 52, № 25. - P.2059-2061.

86. Experimental low-terahertz radar image analysis for automotive terrain sensing / D. Jasteh [et al.] // IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. - 2016. - Vol. 13, № 4. - P. 490-494.

87. Angle-dependent THz tomography-characterization of thin ceramic oxide films for fuel cell applications / M. Brucherseifer [et al.] // Applied Physics B Lasers and Optics. - 2001. - Vol. 72. - P. 361-366.

88. THz transparent metamaterials for enhanced spectroscopic and imaging measurements / V. Sanphuang [et al.] // IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. - 2015. - Vol. 5, № 1. - P. 117-123.

89. T-ray computed tomography / B. Ferguson [et al.] // Optics Letters. -2002. - Vol. 27, № 15. - P. 1312-1314.

90. Two-dimensional tomographic terahertz imaging by homodyne self-mixing / T. Mohr [et al.] // Optics Express. - 2015. - Vol. 23, № 21. - P. 2722127229.

91. Security applications of terahertz technology / M. C. Kemp [et al.] // Proceedings of SPIE. - 2003. - Vol. 5070. - P. 44-52.

92. Investigation of inflammable liquids by terahertz spectroscopy / T. Ikeda [et al.] // Applied Physics Letters. - 2005. - Vol. 87, № 3. - P. 034105_1-034105_3.

93. THz imaging and sensing for security applications - explosives, weapons and drugs / J. Federici [et al.] // Semiconductor Science Technology. -2005. - Vol. 20, № 7. - P. 266-280.

94. Highly accurate thickness measurement of multi-layered automotive paints using terahertz technology / S. Krimi [et al.] // Applied Physics Letters. -2016. - Vol. 109, № 2. - P. 021105_1-021105_4.

95. Su K. Terahertz sensor for non-contact thickness and quality measurement of automobile paints of varying complexity / K. Su, Y.-C. Shen, J. Axel Zeitler // IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. - 2014. -Vol. 4, № 4. - P. 432-439.

96. Terahertz pain thickness measurements: from lab to automotive and aeronautics industry / P. Mounaix [et al.] // 15th Asia Pacific Conference for NonDestructive Testing. - 2018. - Vol. 23, № 3. - P. 1-8.

97. Terahertz paintmeter for noncontact monitoring of thickness and drying progress in paint film / T. Yasui [et al.] // Applied Optics. - 2005. - Vol. 44, № 32. - P. 6849-6856.

98. A high extinction ratio THz polarizer fabricated by double-bilayer wire grid structure / B. Lu [et al.] // AIP Advances. - 2015. - Vol. 6, № 2. - P. 025215_1-025215_6.

99. Watanabe S. Terahertz polarization imaging and its applications // Photonics. - 2018. - Vol. 5, № 58. - P. 1-15.

100. Active multifunctional microelectromechanical system metadevices: applications in polarization control, wavefront deflection, and holograms / L. Cong [et al.] // Advanced Optical Materials. - 2017. - Vol. 5, № 2. - P. 1-8.

101. Polarization-sensitive microelectromechanical systems based tunable terahertz metamaterials using three dimensional electric split-ring resonator arrays / F. Ma [et al.] // Applied Physics Letters. - 2013. - Vol. 102, № 16. - P. 161912_1-161912_5.

102. Kanda N. Light-induced terahertz optical activity / N. Kanda, K. Konishi, M. Kuwata-Gonokami // Optics Letters. - 2009 - Vol. 34, № 19. - P. 3000-3002.

103. All-optical active THz metasurfaces for ultrafast polarization switching and dynamic beam splitting / L. Cong [et al.] // Light: Science & Applications. -2018. - Vol. 7, № 28. - P. 1-9.

104. Subcycle control of terahertz waveform polarization using all-optically induced transient metamaterials / N. Kamaraju [et al.] // Light: Science & Applications. - 2014. - Vol. 3. - P. 1-5.

105. Electrical access to critical coupling of circularly polarized waves in graphene chiral metamaterials / T.-T. Kim [et al.] // Science Advances. - 2017. -Vol. 3, № 9. - P. 1-7.

106. You J. W. Polarization control using passive and active crossed graphene gratings / J. W. You, N. C. Panoiu // - 2018. - Vol. 26, № 2. - P. 18821894.

107. Vanadium dioxide devices for terahertz wave modulation: a study of wire grid structures / E. Parrott [et al.] // Nanotechnology. - 2016. - Vol. 27, № 20. - P. 1-9.

108. Shape resonance omni-directional terahertz filters with near-unity transmittance / J. Lee [et al.] // Optics Express. - 2006. - Vol. 14, № 3. - P. 12531259.

109. Metal mesh resonant filters for terahertz frequencies / A. M. Melo [et al.] // Applied Optics. - 2008. - Vol. 47, № 32. - P. 6064-6069.

110. Рыбак А. А. Терагерцовый узкополосный пропускающий фильтр на базе интерференционной микроструктуры / А. А. Рыбак, С. А. Кузнецов, Н. А. Николаев // XIX Международная конференция по голографии и прикладным оптическим технологиям. - 2022. - С. 373-378.

111. Laser beam machined freestanding terahertz metamaterials / N. Born [et al.] // Electronics Letters. - 2015. - Vol. 51, № 17. - P. 1298-1382.

112. Extraordinary optical transmission through sub-wavelength hole arrays / T. Ebbesen [et al.] // Latters to nature. - 1998. - Vol. 391. - P. 667-669.

113. Near-field distribution of optical transmission of periodic subwavelength holes in a metal film / L. Salomon [et al.] // Physical Review Letters. - 2001. - Vol. 86, № 6. - P. 1110-1113.

114. Degiron A. The role of localized surface plasmon modes in the enhanced transmission of periodic subwavelength apertures / A. Degiron, T. Ebbesen // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. - 2005. - Vol. 7, № 2. -P. S90-S95.

115. THz filters made by laser ablation of stainless steel and kapton film / M. Han [et al.] // Micromachines (Basel). - 2022. - Vol. 13, № 8. - P. 1-15.

116. Tailoring the band-pass properties of FSS-based THz filters / X. Chen [et al.] // Optik - International Journal for Light and Electron Optics. - 2021. - Vol. 239. - P. 1-9.

117. Huang H. Micro-hole drilling and cutting using femtosecond fiber laser / H. Huang, L.-M. Yang, J. Liu // Optical Engineering. - 2014. - Vol. 53, № 5. -P. 051513_1-051513_8.

118. Nolte D. D. Far-infrared dichroic bandpass filters / D. D. Nolte, A. E. Lange, P. L. Richards // Applied Optics. - 1985. - Vol. 24, № 10. - P. 1541-1545.

119. Free-standing double-layer terahertz band-pass filters fabricated by femtosecond laser micro-machining / Y. Lin [et al.] // Optics Express. - 2017. -Vol. 25, № 21. - P. 25125-25134.

120. Spectral transmittance of lossy printed resonant-grid terahertz bandpass filters / M. MacDonald [et al.] // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 2000. - Vol. 48, № 4. - P. 712-718.

121. Кручинин Д. Ю. Фотолитографические технологии в производстве оптических деталей / Д. Ю. Кручинин, Е. П. Фарафонтова // Издательство Уральского университета. - 2014. - С. 1-4.

122. Spurious resonance suppression for a THz single bandpass filter using lossy glass substrates / D. Kim [et al.] // Microwave and optical technology letters. - 2015. - Vol. 57, № 1. - P. 58-60.

123. Terahertz two-layer frequency selective surfaces with improved transmission characteristics / S. Vegesna [et al.] // IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. - 2012. - Vol. 2, № 4. - P. 441-448.

124. Sun D. Terahertz broadband filter and electromagnetically induced transparency structure with complementary metasurface / D. Sun, L. Qi., Z. Liu // Results in Physics. - 2020. - Vol. 16. - P. 1-5.

125. Shahounvand H. Design and simulation of a new narrow terahertz bandpass filter / H. Shahounvand, A. Fard // Research Article. - 2020. - Vol. 2, № 11. - P. 1-7.

126. Resonant metal-mesh bandpass filter for the far infrared / D. W. Porterfield [et al.] // Applied Optics. - 1994. - Vol. 33, № 25. - P. 6046-6052.

127. Sedykh E. A. Tunable narrowband filters with cross-shaped resonators for THz frequency band / E. A. Sedykh, V. Y. Soboleva, M. K. Khodzitsky // Journal of Physics: Conference Series. - 2015. - Vol. 643. - P. 1-6.

128. Feng R. A Zone Plate as a Tunable Terahertz Filter / R. Feng, L. Wang // Chinese Physics Letters. - 2010. - Vol. 27, № 6. - P. 064201_1-064201_3.

129. Chen X. A multiband THz bandpass filter based on multiple-resonance excitation of a composite metamaterial / X. Chen, W.-H. Fan // Materials Research Express. - 2015. - Vol. 2, № 5. - P. 1-8.

130. Active terahertz metamaterial devices / H.-T. Chen [et al.] // Nature Letters. - 2006. - Vol. 444. - P. 597-600.

131. Ultra-broad and sharp-transition bandpass terahertz filters by hybridizing multiple resonances mode in monolithic metamaterials / T.-T. Yeh [et al.] // Optics Express. - 2012. - Vol. 20, № 7. - P. 7580-7589.

132. Nemat-Abad H. Design of metasurface-based multi-layer THz filters utilizing optimization algorithm with distinct fitness function definitions / H. Nemat-Abad, E. Zareian-Jahromi, R. Basiri // Plasmonics. - 2021. - Vol. 16. - P. 1865-1876.

133. Terahertz metamaterial with asymmetric transmission / R. Singh [et al.] // Physical Review B. - 2009. - Vol. 80. - P. 1-5.

134. Tunable dual-band terahertz metamaterial bandpass filter / Y. Zhu [et al.] // Optics Letters. - 2013. - Vol. 38, № 14. - P. 2382-2384.

135. Dynamically tunable broadband linear-to-circular polarization converter based on Dirac semimetals / L. Dai [et al.] // Optical Materials Express.

- 2018. - Vol. 8, № 10. - P. 3238-3249.

136. A dual-band metamaterial absorber for graphene surface plasmon resonance at terahertz frequency / C. Cen [et al.] // Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. - 2020. - Vol. 117, № 32. - P. 113840.

137. A broadband and polarization-independent metamaterial perfect absorber with monolayer Cr and Ti elliptical disks array / C. Liang [et al.] // Results in Physics. - 2019. - Vol. 15, № 7. - P. 1-3.

138. Li J.-S. Dual-band passband terahertz filter based on multilayer metamaterial // Applied Optics. - 2020. - Vol. 59, № 20. - P. 6119-6123.

139. Withayachumnankul W. Metamaterials in the Terahertz Regime / W. Withayachumnankul, D. Abbott // IEEE Photonics Journal. - 2009. - Vol. 1, № 2.

- P. 99-118.

140. Перестраиваемые терагерцовые фильтры на основе углеродных нанотрубок / Д. А. Гомон [и др.] // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. - 2019. - Т. 19, № 5. - С. 775-782.

141. Liu S. 1 THz micromachined waveguide band-pass filter / S Liu, J. Hu, Y. // Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. - 2016. - Vol. 37. - P. 435-447.

142. WR-1.0 band waveguide band-pass filter based on micromachining technique / S. Liu [et al.] // 2014 IEEE International Conference on Communiction Problem-solving. - 2014. - P. 53-55.

143. WR-3 band waveguides and filters fabricated using SU8 photoresist micromachining technology / X. Shang [et al.] // IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. - 2012. - Vol. 2, № 6. - P. 629-637.

144. SU-8 micromachined WR-3 band waveguide bandpass filter with low insertion loss / Q. Chen [et al.] // Electronics Letters. - 2013. - Vol. 49, № 7. - P. 480-482.

145. Deep Reactive Ion Etching based silicon micromachined components at terahertz frequencies for space applications / G. Chattopadhyay [et al.] // 2008 33rd International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves. -2008. - P. 1-2.

146. WR 1.5 silicon micromachined waveguide components and active circuit integration methodology / K. M. K. H. Leong [et al.] // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 2012. - Vol. 60, № 4. - P. 998-1005.

147. Measurement of silicon micromachined waveguide components at 500750 GHz / T. Reck [et al.] // IEEE Transaction on Terahertz Science and Technology. - 2014. - Vol. 4, № 1. - P. 33-38.

148. Kropotov G. I. Tydex: optics for THz photonics / G. I. Kropotov, E. V. Tsygankova // Vestnik Novosibirsk State University. Series: Physics. - 2010. -Vol. 5, № 4. - P. 113-116.

149. Proof of concept for continuously-tunable terahertz bandpass filter based on a gradient metal-hole array / A. Gavdush [et al.] // Optic Express. - 2020. - Vol. 28, № 18. - P. 26228-26238.

150. Far-infrared time-domain spectroscopy with terahertz beams of dielectrics and semiconductors / D. Grischkowsky [et al.] // Journal of the Optical Society of America B. - 1990. - Vol. 7, № 10. - P. 2006-2015.

151. Podzorov A. Low-loss polymers for terahertz applications / A. Podzorov, G. Gallot // Applied Optics. - 2008. - Vol. 47, № 18. - P. 3254-3257.

152. Broadband terahertz characterization of the refractive index and absorption of some important polymeric and organic electro-optic materials / P. Cunningham [et al.] // Journal of Applied Physics. - 2011. - Vol. 109, № 4. - P. 043505_1-043505_5.

153. Tunable terahertz metamaterial filter based on a applying distributed load / J.-F. Ruan [et al.] // Physics Letters A. - 2022. - Vol. 421. - P. 127705.

154. Graphene-based tunable metamaterial terahertz filter / K. Yang [et al.] // Applied Physics Letters. - 2014. - Vol. 105, № 9. - P. 093105_1-093105_4.

155. Flexible plasmonics on unconventional and nonplanar substrates / S. Aksu [et al.] // Advanced Materials. - 2011. - Vol. 23, № 38. - P. 4422-4430.

156. Mechanically tunable terahertz metamaterials / J. Li [et al.] // Applied Physics Letters. - 2012. - Vol. 102, № 12. - P. 121101_1-121101_4.

157. A stretch-tunable plasmonic structure with a polarization-dependent response / X. Zhu [et al.] // Optics Express. - 2012. - Vol. 20, № 5. - P. 52375242.

158. Highly strained compliant optical metamaterials with large frequency tenability / I. Pryce [et al.] // Nano Letters. - 2010. - Vol. 10. - P. 4222-4227.

159. Khodasevych I. Elastomeric silicone substrates for terahertz fishnet metamaterials / I. Khodasevych [et al.] // Applied Physics Letters. - 2012. - Vol. 100, № 6. - P. 061101_1-061101_3.

160. Terahertz metamaterials on free-standing highly-flexible polyimide substrates / H. Tao [et al.] // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2008. - Vol. 41, № 23. - P. 1-5.

161. Flexible terahertz metamaterials for dual-axis strain sensing / J. Li, C. Shah [et al.] // Optics Letters. - 2013. - Vol. 38, № 12. - P. 2104-2106.

162. Akter N. Highly tunable, flexible and stretchable frequency selective surface-based THz bandpass filter / N. Akter, M. Karabiyik, N. Pala // 2019 IEEE Photonics Conference IPC. - 2019. - URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/ 8908502 (access date: 11.09.2022).

163. Periodical elements as low-cost building blocks for tunable terahertz filters / A. Ferraro [et al.] // IEEE Photonics Technology Letters. - 2016. - Vol. 28, № 21. - P. 2459-2462.

164. Paper terahertz wave plates / B. Scherger [et al.] // Optics Express. -2011. - Vol. 19, № 25. - P. 24884-24889.

165. Flexible terahertz wire grid polarizer with high extinction ratio and low loss / A. Ferraro [et al.] // Optics Letters. - 2016. - Vol. 41, № 9. - P. 2009-2012.

166. Study on thermally control terahertz narrow bandpass filter / F. Ling [et al.] // Proceedings of SPIE - International Conference on Optical and Photonics Engineering. - 2017. - Vol. 10250. - P. 102500X_1-102500X_5.

167. Thermally tunable interface modes in corrugated waveguides with liquid crystals / L.-L. Xu [et al.] // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2022.

- Vol. 55, № 2. - P. 1-6.

168. Nemec H. Thermally tunable filter for terahertz range based on a one-dimensional photonic crystal with a defect / H. Nemec, L. Duvillaret, F. Garet // Journal of Applied Physics. - 2004. - Vol. 96, № 8. - P. 4072-4075.

169. Switchable band-pass filter for terahertz waves using VO2-based metamaterial integrated with silicon substrate / Y. Huang [et al.] // Optical Review.

- 2021. - Vol. 28. - P. 92-98.

170. Broadband and high modulation-depth THz modulator using low bias controlled VO2-integrated metasurface / G. Zhou [et al.] // Optics Express. - 2017. - Vol. 25, № 15. - P. 17322-17328.

171. Reconfigurable THz filters using phase-change material and integrated heater / V. Sanphuang [et al.] // IEEE Transaction on Terahertz Science and Technology. - Vol. 6, № 4. - P. 583-591.

172. Terahertz bandstop-to-bandpass converter based on VO2 hybrid matasurface / T. Li [et al.] // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2021. - Vol. 54, № 43. - P. 435105_1-435105_6.

173. Morin F. J. Oxides Which Show a Metal-to-Insulator Transition at the Neel Temperature // Physical Review Letters. - 1959. - Vol. 3, № 1. - P. 34-36.

174. Kim D. H. Pulsed laser deposition of VO2 thin films / D. H. Kim, H. S. Kwok // Applied Physics Letters. - 1994. - Vol. 65, № 25. - P. 3188-3190.

175. Switchable vanadium oxide films by a sol-gel process / D. P. Partlow [et al.] // Journal of Applied Physics. - 1991. - Vol. 70, № 1. - P. 443-452.

176. Characteristics of vanadium dioxide films deposited by RF-magnetron sputter deposition technique using V-metal target / S. J. Yun [et al.] // Physica B: Condensed Matter. - 2008. - Vol. 403, № 5-9. - P. 1381-1383.

177. Управляемый фильтр ТГц-диапазона / М. А Одит [и др.] // Сборник трудов Всероссийской конференции «Микроэлектроника СВЧ». -2012. - С. 335-339.

178. Reconfigurable high-Q terahertz of VO2-based metamaterials using optical tunneling / X. Liu [et al.] // Results in Physics. - 2022. - Vol. 39. - P. 1-6.

179. Chen Y. Switchable terahertz band-pass/band-stop filter enabled by hybrid vanadium dioxide metamaterial / Y. Chen, J. Chen, C. Liang // Advances in Condensed Matter Physics. - 2020. - Vol. 2020. - P. 1-6.

180. Electrical control of terahertz nano antennas on VO2 thin film / Y.-G. Jeong [et al.] // Optics Express. - 2011. - Vol. 19, № 22. - P. 21211-21215.

181. Memory metamaterials / T. Driscoll [et al.] // Science. - 2009. - Vol. 325, № 5947. - P. 1518-1521.

182. Phase-transition driven memristive system / T. Driscoll [et al.] // Applied Physics Letters. - 2009. - Vol. 95, № 4. - P. 043503_1-043503_3.

183. Goldflam M. Reconfigurable gradient index using VO2 memory metamaterials / M. Goldflam [et al.] // Applied Physics Letters. - 2011. - Vol. 99, № 4. - P. 044103_1-044103_3.

184. Electrically triggered tunable terahertz band-pass filter based on VO2 hybrid metamaterial / F. Hu [et al.] // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. - 2019. - Vol. 25, № 3. - P. 4700207.

185. Electrically controllable THz asymmetric split-loop resonator with an outer square loop based on VO2 / D. J. Park [et al.] // Optics Express. - 2018. -Vol. 26, № 13. - P. 17397-17406.

186. Shin J.-H. Electrically controllable terahertz square-loop metamaterial based on VO2 thin film / J.-H. Shin, K. Park, H.-C. Ryu // Nanotechnology. - 2016.

- Vol. 27, № 19. - P. 1-8.

187. Electrically triggered dual-band tunable terahertz metamaterial bandpass filter based on Si3N4-VO2-Si3N4 sandwich / S. Zhao [et al.] // Chinese Physics B. - 2019. - Vol. 28, № 5. - P. 054203_1-054203_6.

188. Tunable terahertz band-pass filter based on MEMS reconfigurable metamaterials / M. Jiang [et al.] // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2019.

- Vol. 53, № 6. - P. 1-8.

189. A tunable terahertz photonic crystal narrow-band filter / S. Li [et al.] // IEEE Photonics Technology Letters. - 2015. - Vol. 27, № 7. - P. 752-754.

190. Terahertz mode selector based on multimode resonances in corrugated waveguides / L.-L. Xu [et al.] // Journal of the Optical Society of America B. -2021. - Vol. 38, № 8. - P. 2323-2328.

191. Magnetically tunable terahertz switch and band-pass filter / Z. Hui [et al.] // Chinese Physics Letters. - 2008. - Vol. 25, № 11. - P. 3898-3900.

192. Liquid-crystal-based terahertz tunable Lyot filter / C.-Y. Chen [et al.] // Applied Physics Letters. - 2006. - Vol. 88, № 10. - P. 101107_1-101107_3.

193. Role of ferrites in negative index metamaterials / Y. He [et al.] // IEEE Transactions on Magnetics. - 2006. - Vol. 42, № 10. - P. 2852-2854.

194. Magnetically tunable negative permeability metamaterial composed by split ring resonators and ferrite rods / L. Kang [et al.] // Optic Express. - 2008. -Vol. 16, № 12. - P. 8825-8834.

195. Han J. Terahertz metamaterials with semiconductor split-ring resonators for magnetostatic tunability / J. Han, A. Lakhtakia, C.-W. Qiu // Optics Express. - 2008. - Vol. 16, № 19. - P. 14390-14396.

196. Хиженов П. К. Фазовая диаграмма магнитной жидкости / П. К. Хиженов, В. Л. Дорман, Ф. Г. Барьяхтар // Магнитная гидродинамика. - 1989. - № 1. - С. 35-40.

197. Дроздова В. И. Исследование структуры разбавленных магнитных жидкостей по анизотропному светорассеянию / В. И. Дроздова, Ю. Н. Скибин, Г. В. Шагрова // Магнитная гидродинамика. - 1987. - № 2. - С. 6366.

198. Haas W. E. Diffraction effects in ferrofluids / W. E. Haas, J. E. Adams // Journal Applied Physics Letters. - 1975. - Vol. 27, № 10. - P. 571-572.

199. Райхер Ю. Л. Дифракционное рассеяние света ферромагнитной суспензией в сильном магнитном поле // Физические свойства магнитных жидкостей. - 1983. - С. 58-65.

200. Кубасов А. А. Исследование структуры магнитной жидкости методом рассеяния света // Магнитная гидродинамика. - 1986. - № 2. - С. 133-135.

201. Пшеничников А. Ф. Дифракционное рассеяние света тонкими слоями магнитной жидкости / А. Ф. Пшеничников, И. Ю. Шурубов // Структурные свойства и гидродинамика магнитных коллоидов. - 1986. - С. 25-28.

202. Мкртчян Л. С. Электрические свойства тонкого слоя магнитной жидкости, содержащей дисперсию микрочастиц графита / Л. С. Мкртчян, А.

Р. Закинян, Ю. И. Диканский // Современные проблемы науки и образования.

- 2012. - № 1. - С. 1-8.

203. Усанов Д. А. Визуальное наблюдение агломератов в объеме магнитной жидкости / Д. А. Усанов, А. В. Скрипаль, С. А. Ермолаев // Письма в ЖТФ. - 1995. - Т. 21, № 22. - С. 82-85.