[發明專利]一種太赫茲波段寬帶極化不敏感超材料

有效

• 申請號: 201810096060.6
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108336505B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 吳志明;宋美臻
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q17/00
• 分類號: H01Q17/00
• 代理公司: 成都華風專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 徐豐;張巨箭

本發明公開了一種太赫茲波段寬帶極化不敏感超材料，包括金屬薄膜反射層、中間介質層和圖形化材料層，所述的中間介質層位于金屬薄膜反射層和圖形化材料層之間；所述的圖形化材料層由金屬圓片堆疊結構排列而成，所述的金屬圓片堆疊結構從下至上依次堆疊有第一復合圓片、第一介質、第二復合圓片、第二介質和第三復合圓片，每層復合圓片半徑從下往上依次減少，且第一介質與第二復合圓片的半徑相同、第二介質與第三復合圓片的半徑相同；每個復合圓片響應一個吸收峰。本發明解決現有的太赫茲波段吸波材料結構復雜、制作困難的等方面的不足，同時利用圓片狀的圖形規避了超材料制備中拐角不易成形的弊端。

技術領域

本發明涉及電磁通訊領域，尤其涉及一種太赫茲波段寬帶極化不敏感超材料。

背景技術

太赫茲波是指頻率在0.1THz到10THz范圍的電磁波，太赫茲又稱遠紅外、亞毫米波、超微波等。太赫茲波兩側的紅外波段和微波波段發展相對比較成熟，對太赫茲波段的認識和研究仍然非常有限。

太赫茲科學的發展需要很多電磁功能器件，例如THz波源、透鏡、開關、調制器、傳感器、相移器和聚束器件等，然而自然界能操控太赫茲波的材料昂貴而稀少，造成太赫茲的發展受限。

太赫茲波有很多優點：(1)瞬態性：寬頻太赫茲波的典型脈寬在亞皮秒量級，因此可以用于亞皮秒、飛秒量級的高分辨率研究，特別是研究半導體載流子的變化。(2)寬帶性：其頻帶覆蓋了從0.1THz至10THz的范圍，該波段包含了大多數分子的轉動和振動能級，許多重要的有機分子對太赫茲頻率顯示出極強的吸收和色散特性，同時，半導體材料的等離子體頻率也在該波段，這些頻譜特性決定了太赫茲波必將在生物、化學、半導體等領域大展身手。(3)相干性：太赫茲波的激發是由相干電流驅動的偶極子振蕩產生或者是由相干的激光脈沖通過非線性光學差頻產生，具有很高的時間和空間相干性。現有的太赫茲時域光譜技術可以直接測量振蕩電磁場的振幅和相位，這一特點在研究材料的瞬態相干動力學問題時具有極大的優勢。(4)低能性：頻率為1THz的電磁波的光子能量大約只有4meV，約為X射線光子能量的兆分之一，因此不會對測量樣本產生電離作用，這不僅有利于對生物組織進行活體檢查，而且對無害的安全檢查具有突破性意義。

“超材料”通常指一種擁有最初的組成部分所不具備的屬性和特征的符合材料，其具有超常的物理性質(往往是自然界的材料中所不具備的)；性質往往不主要決定與構成材料的本征性質，而決定于其中的人工結構。另外，半導體的等離子體頻率多落在太赫茲波段，對研究生物大分子的結構、分子間的反應、分子與環境的相互作用等具有獨特的優勢。

超材料的研究對于太赫茲科學十分重要。太赫茲科學的發展尚需很多電磁功能器件，例如THz波源、透鏡、開關、調制器、傳感器、相移器和聚束器件等，然而自然界能操控太赫茲波的材料昂貴而稀少，而超材料功能器件有望滿足太赫茲發展的需求。在太赫茲波段，通過合理的人為設計，基于超材料吸收結構的太赫茲探測器件可以對太赫茲輻射產生良好的吸收，有效地彌補了傳統紅外測輻射熱計、熱釋電等熱電探測器在太赫茲波段吸收不佳的劣勢。

自2008年Landy提出完美吸收器模型后，超材料吸收器的設計的結構一般為：一層金屬薄膜層，一層介質層，一層金屬圖形層。

具有寬帶吸收特性的超材料可以應用在隱身斗篷、大氣環境監測、毒品監測、醫學成像、基因檢查等領域。

現在的吸波超材料多采用環狀或帶拐角的開口諧振環，線條寬度窄，并且為達到極化不敏感或寬帶吸收會造成結構復雜，制作困難的結果。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種太赫茲波段寬帶極化不敏感超材料，解決現有的太赫茲波段吸波材料結構復雜、制作困難的等方面的不足，同時利用圓片狀的圖形規避了超材料制備中拐角不易成形的弊端。