[實用新型]一種基于石墨烯等離子體共振的太赫茲偏振轉換器

有效

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• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN213780417U
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設計）人: 嚴輝;秦天賀;張永哲;陳小青;趙晨
• 申請（專利權）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: G02B5/30
• 分類號: G02B5/30;G02B5/00;G02B1/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種基于石墨烯等離子體共振的太赫茲偏振轉換器，屬于太赫茲技術領域。包括至少兩層介質層和至少兩層石墨烯圖案層組成的結構，每層介質層上設有一層石墨烯圖案層，所述的介質層位于底部，組成復合層，多層復合層上下平行疊加。石墨烯圖案層由矩形結構的周期性陣列排列而成。可實現(xiàn)線偏振光到圓偏振光、橢圓偏振光的轉換，且結構較為簡單，易于加工。

技術領域

本實用新型屬于太赫茲技術領域，特別是太赫茲偏振光轉換的裝置及其制備方法。

背景技術

太赫茲波，Terahertz簡寫為THz，1THz＝10¹²Hz定義為頻率在0.1-10THz，波長范圍為30-3000μm，介于微波與紅外之間的電磁輻射區(qū)，也是宏觀經典理論向微觀量子理論的過渡區(qū)域。太赫茲波段有其與眾不同的特點及優(yōu)點，如瞬時帶寬很寬、透射性強、因其波長短而具有更高分辨率、自然界中許多物質大分子的振動及轉動頻率在太赫茲波段、光子能量及黑體溫度低等，廣泛應用與航空航天、生物醫(yī)學、雷達、通訊、國防、軍事等領域。

超材料指的是一些具有人工設計的結構并呈現(xiàn)出天然材料所不具備的超常物理性質的復合材料或者人工復合材料，例如讓光、電磁波改變它們的通常性質。超材料的特殊性質取決于其精密的幾何結構以及尺寸大小，通過對結構的設計及對參數(shù)的優(yōu)化，可以實現(xiàn)超常的電磁特性如負折射率等。

在現(xiàn)有的技術中，太赫茲偏振轉換器主要有以下兩種方法。第一種是金屬陣列形成的超材料結構，這種結構由于金屬材料的不可調諧，使得應用很局限。第二種是反射式的結構[ACS Photonics 5.11(2018):4283-4288]，反射式偏振轉換需要將偏振轉換裝置集成到光電探測器和成像傳感器上，而這種集成工藝較為困難，光學系統(tǒng)也較為復雜，不適于實驗中測試。因此，亟待開發(fā)一種透射型的太赫茲波段偏振轉換結構，由于石墨烯的可調諧性以及石墨烯等離子體共振發(fā)生在太赫茲波段，可以選擇石墨烯作為結構的材料以實現(xiàn)偏振轉換的目的。

實用新型內容

針對現(xiàn)有的太赫茲偏振轉換器的不足或改進需求，本實用新型提出了一種太赫茲波段的偏振轉換器，其目的在于應用石墨烯等離子體共振工作的方式實現(xiàn)線偏振光到圓偏振光、橢圓偏振光的轉換，且結構較為簡單，易于加工。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種基于矩形陣列結構的可調太赫茲超材料偏振轉換器，包括至少兩層介質層和至少兩層石墨烯圖案層組成的結構，每層介質層上設有一層石墨烯圖案層，所述的介質層位于底部，組成復合層，多層復合層上下平行疊加。

兩介質層的間距優(yōu)選為2μm。

介質層采用介電常數(shù)為1.4的二氧化硅，石墨烯圖案層由矩形結構的周期性陣列排列而成，采用的是超材料，每個矩形結構由柵壓調節(jié)費米能級；周期用T(或相鄰兩矩形結構相鄰邊之間的距離)表示，長度或/和寬度用w表示，介質厚度d＝3μm，費米能級用EF表示，每一層矩形超結構單元T＝20μm，且矩形超材料結構單元的長度、寬度均為10-18μm，費米能級調節(jié)范圍為E_F＝0.3eV-0.7eV。

本實用新型所述的太赫茲偏振轉換器具有圖形結構設計簡單、只需要濕法轉移石墨烯，易于實驗集成與測試，在共振位置附近相位突變可調諧等優(yōu)點，可用于太赫茲波的偏振轉換。