[發明專利]一種基于電壓調控的可重構太赫茲波超衍射聚焦器件

在審

• 申請號: 201811024096.X
• 申請日: 2018-09-04
• 公開（公告）號: CN109031685A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 溫中泉;陳剛;張智海;梁高峰
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G02B27/42
• 分類號: G02B27/42
• 代理公司: 重慶市信立達專利代理事務所(普通合伙) 50230
• 代理人: 包曉靜

本發明公開了一種基于電壓調控的可重構太赫茲波超衍射聚焦器件，涉及太赫茲波聚焦技術領域，解決了現有的太赫茲波技術，雖然實現了超分辨聚焦，但均是基于近場光學原理，焦距極小，難以滿足生物醫學成像、遙感、安檢等應用領域對遠場高分辨光學聚焦要求的問題，其技術方案要點是：包括硅層和多個與硅層表面抵接的石墨烯層；所述石墨烯層呈環形狀，多個石墨烯層同心設置，相鄰石墨烯層之間間距相等；相鄰所述石墨烯層之間環設有與硅層抵接的絕緣層；所述絕緣層表面覆蓋有導電層，導電層兩側分別與相鄰石墨烯層抵觸，具有突破太赫茲波衍射極限，達到遠場高分辨光學聚焦的效果。

技術領域

本發明涉及太赫茲波聚焦技術領域，更具體地說，它涉及一種基于電壓調控的可重構太赫茲波超衍射聚焦器件。

背景技術

太赫茲波是指頻率為0.1～10THz的電磁波，該波段包含豐富的光譜信息，如蛋白質在內的大分子轉動/振蕩頻譜、固體材料晶格振動能譜等。與微波和光波相比，太赫茲波具有能量低、穿透力強、安全性高、光譜信息豐富等特性，在無損檢測、安檢、醫學成像和通信等領域具有重要的應用前景。

太赫茲技術的發展對太赫茲波段的聚焦光斑、成像分辨率提出了更高的需求。近年來，國際上在近場光學的太赫茲超分辨成像、聚焦已經取得一些進展。如2003年，美國倫斯勒理工學院采用掃描近場光學顯微技術獲得了150nm的太赫茲成像分辨率@2THz。2016年，日本東北大學設計了一種由多個狹縫和棒狀陣列構成的超透鏡，仿真得到聚焦焦斑為20μm。2016年，美國俄勒岡州立大學設計了一種基于二維亞波長硅柱陣列結構的雙曲線超材料聚焦鏡，在焦距2.5λ處獲得超衍射的焦斑。

現有的太赫茲波技術，雖然實現了超分辨聚焦，但均是基于近場光學原理，焦距極小，難以滿足生物醫學成像、遙感、安檢等應用領域對遠場高分辨光學聚焦的要求。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于電壓調控的可重構太赫茲波超衍射聚焦器件，具有突破太赫茲波衍射極限，達到遠場高分辨光學聚焦的效果。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：一種基于電壓調控的可重構太赫茲波超衍射聚焦器件，包括硅層和多個與硅層表面抵接的石墨烯層；所述石墨烯層呈環形狀，多個石墨烯層同心設置，相鄰石墨烯層之間間距相等；相鄰所述石墨烯層之間環設有與硅層抵接的絕緣層；所述絕緣層表面覆蓋有導電層，導電層兩側分別與相鄰石墨烯層抵觸。

通過采用上述技術方案，利用多個環形狀的石墨烯層，在不同半徑的石墨烯層上施加不同偏壓，改變不同半徑的石墨烯層的透射率，使得聚焦器件出射面形成具有亞波長空間分辨率的透射光場分布，便于在遠場獲得超振蕩焦斑，突破了太赫茲波衍射極限，達到遠場高分辨光學聚焦。

本發明進一步設置為：所述硅層形成有P阱區，所述導電層設有穿過絕緣層后與P阱區連接的開關。

通過采用上述技術方案，利用絕緣層與開關，在石墨烯層施加偏壓的過程中防止漏電的情況發生。

本發明進一步設置為：所述石墨烯層和硅層為亞波長尺度系列硅基石墨烯，工作波長范圍為0.5THz-4THz。

通過采用上述技術方案，便于動態調節聚焦器件的聚焦焦距。

本發明進一步設置為：所述絕緣層為氧化硅層。

通過采用上述技術方案，進一步提高聚焦器件施加偏壓的穩定性。

本發明進一步設置為：所述硅層環設有位于相鄰石墨烯層之間的隔離槽，隔離槽與石墨烯層同心設置。

通過采用上述技術方案，便于減小相鄰石墨烯層之間的串擾，增強了聚焦器件使用的可靠性。

本發明進一步設置為：所述隔離槽填充有高K介質。

通過采用上述技術方案，進一步減小相鄰石墨烯層之間的串擾。