[發明專利]一種雙層凹型結構太赫茲環偶極子超材料

有效

• 申請號: 201810508760.1
• 申請日: 2018-05-24
• 公開（公告）號: CN108565558B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 王爽;朱劍宇;王晨
• 申請（專利權）人: 天津職業技術師范大學
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01Q1/38
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 曹玉平

本發明涉及一種雙層凹型結構太赫茲環偶極子超材料，其超材料是由兩個方向相反的凹型結構重復獲得，在介質中和介質層上設置有對稱排列的兩層凹型結構的金屬層；每層金屬層的排列形狀為：一排中相鄰兩個凹型的開口方向相反，上下排結構一致；以超材料每層的幾何中心為原點，中心對稱的兩個相反凹形金屬結構；所有凹形金屬結構尺寸相同，距離相等；凹型結構的第一金屬層與第一介質底層距離為3μm～10μm；第二介質層正反兩側排列的兩排凹型結構的金屬層的距離為15μm～30μm。本發明采用“介質?金屬?介質?金屬”結構，在太赫茲波段下明顯觀測到優秀的環偶極子時，其Q7.5，對于太赫茲波段的理論研究和實驗測試具有重要意義。

技術領域

本發明是一種雙層凹型結構太赫茲環偶極子超材料，采用“介質-金屬-介質-金屬”結構的環偶極子超材料，能夠有效增強正面入射強度，其Q值也可以達到7.5左右，利用環偶極子在太赫茲頻段的電磁性能，可用于制備太赫茲傳感器、調頻器、濾波器等太赫茲器件。

背景技術

太赫茲(THz)波是位于微波和遠紅外之間的電磁波。太赫茲波是從上世紀80年代被正式命名的，隨著新材料、新技術的發展在上世紀90年代太赫茲發射源和探測器取得了一系列突破，因此在國際范圍內掀起了一股太赫茲研究的熱潮。太赫茲在寬帶通信、電子檢測、無損傷探測、天文學與以及安全檢查等領域有著廣泛的應用。環偶極子作為第三類輻射源，在自然界中普遍存在，但是卻難以觀測。1957年Zel’dovich I B首次提出了磁環偶極子，因為其所具有的獨特性質極大的吸引了廣大學者的注意力。2007年Marinov K等人首次在理論上設計了可觀測磁偶極子的超材料，由此開始，超材料成為研究環偶極子的主要材料，但并未制備超材料，無法直接驗證理論正確性。通過對超材料中的環偶極子的研究也驗證了許多在其他波段成立的物理特性，如：圓二色性以及旋光性等。2015年Basharin A A等人首次設計出了工作在太赫茲波段的可以觀測到環偶極子的超材料，預測了環偶極子超材料在太赫茲頻段具有廣闊的應用前景。然而Basharin A A等人設計的超材料是由金屬圓柱構成，主要為介質材料，限制了其應用范圍，而在本設計中基底采用柔性材料聚酰亞胺，因此本設計中的超材料具有很高的現實意義和十分廣闊的應用范圍。

發明內容

本發明采用“介質-金屬-介質-金屬”結構的太赫茲環偶極子超材料，此種材料的介質可以用聚酰亞胺Polyimide，具有Q值高，諧振頻率可調節等優良的性能指標。

本發明的技術方案如下：

一種雙層凹型結構太赫茲環偶極子超材料，其超材料是由兩個方向相反的凹型結構重復獲得，在介質中和介質層上設置有對稱排列的兩層凹型結構的金屬層；每層金屬層的排列形狀為：一排中相鄰兩個凹型的開口方向相反，上下排結構一致；以超材料每層的幾何中心為原點，中心對稱的兩個相反凹形金屬結構均相距-5μm～30μm，并且凹形結構的外部長度和寬度分別為150μm～155μm和77μm～83μm，凹形結構內部的長和寬范圍分別為92μm～132μm和68μm～51.5μm；厚度為0.2μm～0.6μm；所有凹形金屬結構尺寸相同，距離相等；凹型結構的第一金屬層與第一介質底層距離為3μm～10μm；第二介質層正反兩側排列的兩排凹型結構的金屬層的距離為15μm～30μm。

優選條件是：以超材料每層的幾何中心為原點，中心對稱的兩個相反凹形金屬結構均相距0μm～20μm，并且凹形結構的外部長度和寬度分別為151μm～153μm和79μm～81μm，凹形結構內部的長和寬范圍分別為100μm～128μm和67.5μm～54.5μm；厚度為0.3μm～0.5μm；凹型結構的第一金屬層與第一介質底層距離為4μm～8μm；第二介質層正反兩側排列的兩排凹型結構的金屬層的距離為18μm～27μm。

本發明的雙層凹型結構太赫茲環偶極子超材料的制備方法；采用“介質-金屬-介質-金屬”的光刻法和真空熱蒸鍍法；包括如下步驟：

(1)第一層Polyimide介質制備：使用甩膠機將聚酰亞胺酸涂在已經處理好的硅片上，將樣品放入高溫烘箱內進行薄膜的亞胺化；獲得第一介質層；