[發(fā)明專利]基于金屬-石墨烯混合超表面的雙功能調(diào)制器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710813073.6
• 申請(qǐng)日: 2017-09-11
• 公開（公告）號(hào): CN107453012B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高喜;楊萬里;喬瑋;李海鷗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01P1/00
• 分類號(hào): H01P1/00;H01P1/16
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 45107
• 代理人: 陳躍琳

本發(fā)明公開一種基于金屬?石墨烯混合超表面的雙功能調(diào)制器，自下而上由單晶硅襯底層、二氧化硅基底層、石墨烯結(jié)構(gòu)層和金屬帶狀線結(jié)構(gòu)層組成；石墨烯結(jié)構(gòu)層包括2個(gè)以上的石墨烯單元；每個(gè)石墨烯單元由上凸石墨烯環(huán)、下凹石墨烯環(huán)和2個(gè)微型縫隙開口組成；所有的石墨烯單元在二氧化硅基底層上呈規(guī)則矩陣排列；金屬帶狀線結(jié)構(gòu)層包括2條以上的金屬帶狀線；每條金屬帶狀線均為長(zhǎng)條狀；金屬帶狀線的數(shù)量與石墨烯結(jié)構(gòu)層的列數(shù)相同，每條金屬帶狀線縱向延伸并覆蓋在石墨烯結(jié)構(gòu)層對(duì)應(yīng)列的所有石墨烯單元上；所有金屬帶狀線在石墨烯結(jié)構(gòu)層上呈平行排列。本發(fā)明利用金屬?石墨烯超表面能夠在保證調(diào)制器調(diào)制性能情況下，可以根據(jù)激勵(lì)場(chǎng)與陣列的相對(duì)方向變化實(shí)現(xiàn)兩種模式電磁波的調(diào)控，即實(shí)現(xiàn)雙功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨烯技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于金屬-石墨烯混合超表面的雙功能調(diào)制器。

背景技術(shù)

太赫茲波在寬帶通信、空間探測(cè)、醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域具有重要作用。作為二維結(jié)構(gòu)的電磁超表面具有自然界中無法直接獲得的電磁特性，在理論逐步完善的基礎(chǔ)上，電磁超表面在太赫茲波段的功能性器件方面具有廣泛的應(yīng)用前景，如THz調(diào)制器、極化器等。已有工作證明超表面在設(shè)計(jì)超薄、高性能THz調(diào)制器方面具有獨(dú)特的優(yōu)越性。然而，這種基于純金屬超表面的調(diào)制器必須通過改變調(diào)制器的結(jié)構(gòu)參數(shù)來或者改變可調(diào)部件的材料特性來實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的調(diào)制功能，實(shí)現(xiàn)功能單一。同時(shí)金屬的大面積使用使得工作在太赫茲頻段的調(diào)制器存在如調(diào)制速率低、調(diào)制深度小等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的是現(xiàn)有基于純金屬超表面的調(diào)制器存在功能單一、調(diào)制速率低和調(diào)制深度小的問題，提供一種基于金屬-石墨烯混合超表面的雙功能調(diào)制器。

為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

基于金屬-石墨烯混合超表面的雙功能調(diào)制器，由單晶硅襯底層、二氧化硅基底層和金屬-石墨烯混合超表面層組成；二氧化硅基底層疊置于單晶硅襯底層之上，金屬-石墨烯混合超表面層疊置于二氧化硅基底層之上；上述金屬-石墨烯混合超表面由位于下層的石墨烯結(jié)構(gòu)層和位于上層的金屬帶狀線結(jié)構(gòu)層組成；石墨烯結(jié)構(gòu)層包括2個(gè)以上的石墨烯單元；每個(gè)石墨烯單元包括1個(gè)環(huán)形的石墨烯環(huán)，該石墨烯環(huán)上開設(shè)有2個(gè)橫向?qū)ΨQ設(shè)置的微型縫隙開口，這2個(gè)微型縫隙開口將上述石墨烯環(huán)分割為2個(gè)縱向?qū)ΨQ設(shè)置的上凸石墨烯環(huán)和下凹石墨烯環(huán)；每個(gè)石墨烯單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)相同；所有的石墨烯單元在二氧化硅基底層上呈規(guī)則矩陣排列；金屬帶狀線結(jié)構(gòu)層包括2條以上的金屬帶狀線；每條金屬帶狀線均為長(zhǎng)條狀；金屬帶狀線的數(shù)量與石墨烯結(jié)構(gòu)層的列數(shù)相同，每條金屬帶狀線縱向延伸并覆蓋在石墨烯結(jié)構(gòu)層對(duì)應(yīng)列的所有石墨烯單元上；所有金屬帶狀線在石墨烯結(jié)構(gòu)層上呈平行排列。

上述方案中，每條金屬帶狀線與所覆蓋列上的石墨烯單元的橫向?qū)ΨQ軸線垂直。

上述方案中，每條金屬帶狀線與所覆蓋列上的石墨烯單元的縱向?qū)ΨQ軸線重合。

上述方案中，每個(gè)石墨烯單元的石墨烯環(huán)為正方環(huán)形；此時(shí)，上凸石墨烯環(huán)為倒U形，下凹石墨烯環(huán)為正U形。

上述雙功能調(diào)制器在使用時(shí)，還進(jìn)一步包括外置直流偏置電壓源；該外置直流偏置電壓源的一端與金屬帶狀線結(jié)構(gòu)層的金屬帶狀線相連，另一端與單晶硅襯底層相連。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點(diǎn)：

1.對(duì)于不同頻段，可以通過調(diào)整石墨烯的偏置電壓和結(jié)構(gòu)尺寸來調(diào)節(jié)調(diào)制工作頻率；

2.利用金屬-石墨烯超表面避免整塊石墨烯片的使用對(duì)調(diào)制器調(diào)制深度與調(diào)制速率的影響；

3.利用金屬-石墨烯超表面能夠在保證調(diào)制器調(diào)制性能情況下，可以根據(jù)激勵(lì)場(chǎng)與陣列的相對(duì)方向變化實(shí)現(xiàn)兩種模式電磁波的調(diào)控，即實(shí)現(xiàn)雙功能。

附圖說明

圖1為一種基于金屬-石墨烯混合超表面的雙功能調(diào)制器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1的俯視圖。