[發明專利]基于人工電磁材料的太赫茲波非對稱傳輸器件

有效

• 申請號: 201210162632.9
• 申請日: 2012-05-24
• 公開（公告）號: CN102692732A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 史金輝;劉星辰;朱正;關春穎;王政平
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種電磁波的傳輸控制器件，尤其是太赫茲波段線偏振轉換的非對稱傳輸控制器件。

背景技術

太赫茲（THz）波一般是指頻率在0.1THz-10THz范圍內的電磁波，其波段位于微波與紅外波之間，有著重要的學術和應用研究價值。長期以來，科研人員一直在尋求可以控制太赫茲波傳輸的器件。然而常規材料難于在太赫茲波段實現電磁響應，特別是磁響應，使得人們在研制太赫茲器件，實現對太赫茲波的探測和操縱時面臨很多限制。人工電磁材料（Metamaterials）的出現恰好彌補了這一缺憾。近幾年，基于人工電磁材料的太赫茲開關、調制器、移相器、傳感器、探測器、濾波器、吸波器等陸續出現，顯示出人工電磁材料在太赫茲科學和技術發展中巨大的應用潛力。

人工電磁材料是亞波長量級的結構單元按一定規律排列所構成的材料，可以實現天然材料所沒有的電磁特性，如負折射、完美透鏡、隱身斗篷等。2006年，N.Zheludev等人在平面手性人工電磁材料研究中發現了一個新的、重要的電磁學效應-圓轉換二向色性，導致了宏觀的非對稱傳輸現象。各向異性的平面手性人工電磁材料中的圓偏振光非對稱傳輸依次在微波段、太赫茲波段和光波段得到了實驗驗證。理論仿真與微波段的實驗結果顯示，當圓偏振光的非對稱傳輸發生時，也將伴隨著吸收和反射的非對稱性。最近發現，圓轉換二向色性不一定需要本征2維手性結構，通過控制人工電磁材料與入射波的相對方位形成外致2維手性關系，也可觀察到圓轉換二向色性。同濟大學利用級聯非線性手性原子實現了亞波長電磁“二極管”，觀察到了微波的非對稱傳輸現象，并研究了微波段超薄人工電磁材料波導的非對稱傳輸現象，分析了層間倏逝波的耦合強度對非對稱現象的影響。

非對稱傳輸現象為太赫茲偏振波傳輸的方向調控提供了新的途徑，對實現太赫茲隔離器、太赫茲二極管、太赫茲開關等超材料功能器件具有重大意義。人工電磁材料的非對稱傳輸現象以來,相關研究受到了廣泛關注。目前這方面研究多局限于圓偏振，未見太赫茲線偏振波轉換的非對稱傳輸的相關研究，尚沒有任何一個基于人工電磁材料的太赫茲波非對稱傳輸器件的提出。

發明內容

本發明的目的在于提供一種結構簡單、易于制備、價格低廉，能有效地實現太赫茲線偏振轉換的單向傳輸的基于人工電磁材料的太赫茲波非對稱傳輸器件。

本發明的目的是這樣實現的：

包括介質層和雙層人工電磁材料層；所述的介質層位于雙層人工電磁材料層之間，介質層是單晶硅或者有機高分子聚合物介質材料，厚度為微米量級；所述的雙層人工電磁材料層位于介質層兩側的表面，雙層人工電磁材料層均由周期性排列的人工電磁材料基本單元構成，其膜層厚度為200納米以上；所述人工電磁材料層的基本單元為一定寬度的直線型、L型或者連續U型的金屬結構。

本發明還可以包括：

1、所述金屬結構采用金材料。

2、雙層人工電磁材料層的基本單元的金屬結構形狀相同。

3、雙層人工電磁材料層的基本單元的金屬結構形狀不相同。

4、雙層人工電磁材料層的基本單元的金屬結構形狀均為連續U型，兩層中連續U型人工電磁材料基本單元結構尺寸相同，結構單元之間的旋轉角為90度。

5、雙層人工電磁材料層的基本單元的金屬結構形狀一層為直線型，另一層為L型，L形金屬薄膜的兩邊長不相等，L形金屬條與直線金屬條寬度相等。

人工電磁材料基本單元的周期為ρ，金屬結構的線寬為w，介質層厚度為t，器件工作在太赫茲波段。

本發明提供了一種基于人工電磁材料的太赫茲波非對稱傳輸器件，利用雙層手性人工電磁材料實現太赫茲線偏振波轉換的非對稱傳輸。該太赫茲波非對稱傳輸器件具有結構簡單、易于制備、價格低廉等特點，太赫茲線偏振波轉換的非對稱傳輸現象顯著，有效地實現太赫茲線偏振轉換的單向傳輸。

本發明所提出的太赫茲波非對稱傳輸器件具有強的線偏振轉換二向色性，雙層手性結構實現了太赫茲線偏振波轉換的非對稱傳輸。該器件將可實現太赫茲波隔離器或太赫茲波二極管，對太赫茲人工電磁材料功能器件的發展具有重要意義。

附圖說明

圖1（a）是本發明的第一種實施方式的立體結構示意圖，圖1（b）是本發明的第一種實施方式的正面及其基本結構參數。

圖2（a）-圖2（b）是本發明的第一種實施方式的工作原理示意圖。