[發明專利]太赫茲場效應增強系統

無效

• 申請號: 201310154028.6
• 申請日: 2013-04-28
• 公開（公告）號: CN103280635A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 李建龍;聶婭
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種可以對太赫茲波實現能量增強的系統。本發明利用微型諧振環（諸如Ω形和Fishnet結構），對太赫茲波場的能量進行重新分布，能出現局域增強的效應，該效應能夠在未來的太赫茲通訊、雷達等領域有廣泛的應用。

背景技術

太赫茲（Terahertz）波是指其頻率范圍在0.1~10THz，波長在30~3000μm的電磁波波段。它在波譜中位于紅外線和微波之間，長期以來，因為其波源及成像問題未能充分解決，致使這一頻段成為人類目前尚未完全研究開發的電磁波“空隙區”。太赫茲波所具有的特殊性質，如穿透性、低能性、寬帶性等，使其在安檢、醫療、通訊、天文及質量檢測方面具有廣闊的應用前景，極具研究價值?；谖⑿椭C振環結構的左手材料，在太赫茲頻段具有良好的光學特性，而且易于制造，因此極具研究應用價值。所謂的左手材料是指材料的介電常數和磁導率同時為負，因此折射率也為負數的材料，由20世紀60年代前蘇聯科學家Veselago最先提出。近年來，隨著人們對左手材料電磁特性的逐漸熟悉，關于其在微波、太赫茲波以及光波波段的應用研究越來越多。尤其是左手材料在各種微波元器件和天線中的應用成為近年來左手材料研究的熱點領域，這種新型材料的使用可以大大改善器件的性能，縮小其體積等。

發明內容

為了彌補太赫茲波能量偏低、轉化效率不高的致命弱點，我們提出一種能夠對太赫茲波場的能量進行重新分布，實現局部區域能量會聚效應的系統。該系統通過微型諧振環（諸如Ω形和Fishnet結構）陣列實現對入射太赫茲波場能量進行重新分布。

本發明的技術方案是：在太赫茲場效應增強系統中有一個微型諧振環結構組成的陣列，諧振環可以為Ω形或Fishnet結構。其中，Ω形諧振環采用砷化鎵-金屬環-砷化鎵疊加的三層結構，圓環部分為開口諧振環；Fishnet結構采用砷化鎵-金屬層-砷化鎵三層結構，其中的金屬層可以看作是兩個十字形的金屬層相互疊加而成。當太赫茲波在該系統中傳輸時，波場能量會發生重新分布，從而實現局部場增強效應。

本發明同現有的能夠對太赫茲波場進行調控的系統相比，能夠實現對太赫茲波場能量局部增強效果，增加其頻點的范圍，從而實現對太赫茲波場更加有效的調制和操控。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是本發明的裝置示意圖。

圖2是太赫茲場效應增強系統第一個實施例的示意圖。

圖3是太赫茲場效應增強系統第二個實施例的示意圖。

圖4是第一個實施例的模擬結果。

圖5是第二個實施例的模擬結果。

圖1中1場效應增強系統裝置，是一個微諧振環陣列。

圖2中1?Ω形諧振環。

圖3中1?Fishnet結構。

圖4中是單層Ω形諧振環區域內的太赫茲波場的空間分布示意圖，1?電場分布，2?磁場分布。

圖5中是Fishnet結構金屬層上的太赫茲波場的空間分布示意圖，1?電場分布，2?磁場分布。

具體實施例：

在圖2所示的實施例一中，我們采用的是Ω形諧振環，電場沿著y軸方向振蕩，磁場則沿著x軸方向振蕩。從圖4可以看出，諧振環金屬條附近的電場強度大于磁場強度，且金屬條附近的電場相對其它區域明顯要強得多，這在Ω形諧振環的開口處表現得更為明顯。這可從電磁場的傳輸線理論得到解釋：因為諧振環的開口相當于一個電容，電場在Ω形諧振環區域內傳輸振蕩的過程可以看作是對電容的充放電過程，電場強度會在電容的兩極間（介質折射率突變區域）出現最大值，并且主要在Ω形諧振的低頻部分發生LC振蕩，電感主要是由環形金屬條產生，從而導致磁場會在環形金屬條兩側出現極值。

在圖3所示的實施例二中，我們采用的是Fishnet結構。從圖5可以看出，在共振峰的峰位處，電場和磁場的分布都是關于x對稱，不同的是，電場的極值出現在大十字架的上下四個角，而磁場的極值則是出現在小十字架的上下兩端點。根據傳輸線理論，可對這一現象作出解釋：因為電場的振蕩方向沿著y軸，因此在金屬層中的感應電流也是沿著y軸方向，此時電流會從大十字架中匯聚到小十字架末端，或者由小十字架進入大十字架，電流強度相等，但是由于截面的變化，導致前后的電流密度變化，因而形成了分布電容。這也就是電場的極值會出現在大小十字架上下兩端的端點之間的原因。同樣根據等效模型，磁場的振蕩方向沿著x?軸，所以感應電流會在金屬層的兩個面垂直于磁場分布，即沿著y軸方向。電流匯聚到小十字架末端，電流密度增加，因此感應電場較強。這就是磁場分布的極值會出現在小十字架的末端部分的原因。