[發明專利]一種太赫茲頻段可重構數字電磁超材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810110239.2
• 申請日: 2018-02-02
• 公開（公告）號: CN108417990B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 胡方靖;涂良成;宋培義;劉驊鋒
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;曹葆青

本發明公開了一種太赫茲頻段可重構數字電磁超材料及其制備方法，屬于人工電磁材料領域，其中，通過控制單元結構的微管道內是否泵入液態金屬，得到兩種數字狀態的單元結構，實現單元的可重構。對兩種數字狀態的單元結構進行編碼組合，得到數字電磁超材料。現有技術實現非周期的太赫茲可重構數字電磁超材料十分困難。本發明無需在電磁超材料單元內添加額外的電子器件或半導體材料，即可實現非周期的太赫茲可重構數字電磁超材料，具有易于設計、低成本、操作簡單等特點。

技術領域

本發明屬于人工電磁材料領域，更具體地，涉及一種太赫茲頻段可重構數字電磁超材料及其制備方法。

背景技術

太赫茲波通常是指介于微波與紅外之間，頻率在0.1-10THz的電磁波。面對實際應用，完整的太赫茲系統不但需要高效的輻射源及探測器，也需要各類高性能的有源/無源光學器件，從而實現對太赫茲信號的有效操控。然而，大部分天然材料在太赫茲波段具有較大的吸收率，且不具備可擴展性，導致沒有合適的材料可被用于制備太赫茲頻段的各類光學器件。正因如此，基于電磁超材料的結構和器件越來越多被用于太赫茲波的操控。

電磁超材料是一類基于人工設計的電磁結構。它通常由一系列亞波長量級的單元結構按照周期形式排布而成。通過改變單元結構的形狀、尺寸、單元結構的間距以及排布方式來調整超材料在宏觀上的電磁參數，從而獲得所需要的電磁響應特性。近年來，各類基于電磁超材料的器件不斷涌現，其應用頻段涵蓋了微波至可見光頻段。

電磁超材料通常不具備可重構性，一旦設計成型，其電磁響應參數便已經固定。在太赫茲頻段設計出可重構的電磁超材料可以進一步提高對太赫茲波的操控能力，使同一器件擁有不同的電磁響應特性。可重構的電磁超材料從微波至可見光波段均有報道。理論上這些方式均可用于太赫茲頻段可重構電磁超材料的實現。然而不同方法在物理機制上的差異將直接影響超材料的性能、工藝復雜性、頻譜可擴展性、成本及可重構度(調制深度)。現有實現太赫茲可重構超材料的方法主要包括通過額外施加偏置電壓或光學方法改變結構中或襯底上半導體的載流子濃度，利用MEMS結構或具有相變性質的材料等。然而，以上各方法主要針對基于周期結構的電磁超材料陣列，無法針對單個單元進行可重構。現階段針對非周期結構的太赫茲頻段電磁超材料的實現報道較少，這主要是因為無論何種方法實現非周期結構的可重構，都意味著需要對單個的單元結構進行獨立控制，大大增加了實現的復雜度。雖然微流控技術也已被用于實現可重構的電磁超材料，但在文獻中只報道了微波頻段內基于周期結構的諧振環，對基于非周期結構的太赫茲頻段電磁超材料的設計尚未有報道。

在中國發明專利說明書CN103904436A中提出了“編碼及數字電磁超材料”的概念。其核心思想是將電磁超材料的單元結構尺寸及所對應的幅度、相位特性從連續可變改為離散可變。這大大簡化了單元結構的設計和制備難度。最簡單的1比特編碼超材料由兩種最基本單元結構組成：“0”單元和“1”單元。兩種單元的透射(反射)相位差為180度。通過對0和1單元進行不同的編碼排序，能夠組成各種類型的非周期結構，從而實現對電磁波的調控。如果能夠通過某種手段改變所設計的單元結構，使其可以在0狀態和1狀態之間切換，這種由狀態可調的數字單元組成的電磁超材料通常被稱為“數字電磁超材料”。數字電磁超材料即為一種基于非周期結構的可重構電磁超材料。迄今為止，尚未有文獻對太赫茲頻段的數字電磁超材料進行過報道。

由此可見，現有技術存在實現非周期的太赫茲可重構數字電磁超材料十分困難的技術問題。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種太赫茲頻段可重構數字電磁超材料及其制備方法，由此解決現有技術存在實現非周期的太赫茲可重構數字電磁超材料十分困難的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種太赫茲頻段可重構數字電磁超材料的制備方法，包括：

通過控制單元結構的微管道內是否泵入液態金屬，得到兩種狀態的單元結構，對兩種狀態的單元結構進行編碼組合，得到數字電磁超材料。