[發(fā)明專利]太赫茲波束掃描-極化復合調(diào)控器件及天線

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110414019.0
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113363727B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發(fā)明（設計）人: 肖詩逸;周桃磊;蔡曉東;周磊
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 秦溪

本申請涉及一種太赫茲波束掃描?極化復合調(diào)控器件及天線，太赫茲波束掃描?極化復合調(diào)控器件包括兩層級聯(lián)的超表面，每層超表面均由多個超周期按照周期性排列構成；每個超周期均由十個人工原子一字排列構成；每個人工原子均由頂部硅柱、硅襯底和底部硅柱依次無縫層疊構成；頂部硅柱的截面形狀和硅襯底的形狀均為正方形，底部硅柱的截面形狀為矩形；兩層級聯(lián)的超表面互相平行設置，且兩層級聯(lián)的超表面中的一層超表面的底部硅柱與另一層超表面的頂部硅柱相靠近；兩層級聯(lián)的超表面的相遠離的兩個表面分別固定一旋轉(zhuǎn)機構，旋轉(zhuǎn)機構帶動對應的超表面旋轉(zhuǎn)，且兩層級聯(lián)的超表面的旋轉(zhuǎn)軸線重合。本申請具有動態(tài)調(diào)控太赫茲光束的波前和極化的效果。

技術領域

本申請涉及太赫茲光束動態(tài)調(diào)控的技術領域，尤其是涉及一種太赫茲波束掃描-極化復合調(diào)控器件及天線。

背景技術

太赫茲波段通常是指0.1～10THz頻率范圍內(nèi)的電磁波，該波段介于紅外與微波波段之間。因其獨特的光譜特性，太赫茲波在天體物理學、通訊、材料、化學、國防安全、生物醫(yī)學等領域有著廣泛應用。

然而，太赫茲頻段超過了電學放大器和混頻器中所必不可少的半導體材料的截止頻率，導致當前廣泛采用的射頻電子元件不再兼容太赫茲波段。因此，需要自由、動態(tài)地控制太赫茲波前和極化。

目前，由于缺乏合適的亞微米尺寸的可調(diào)諧元件，導致無法實現(xiàn)動態(tài)調(diào)控太赫茲光束的波前和極化。

發(fā)明內(nèi)容

為了動態(tài)調(diào)控太赫茲光束的波前和極化，本申請?zhí)峁┮环N太赫茲波束掃描-極化復合調(diào)控器件及天線。

第一方面，本申請?zhí)峁┮环N太赫茲波束掃描-極化復合調(diào)控器件，采用如下的技術方案：

一種太赫茲波束掃描-極化復合調(diào)控器件，包括兩層級聯(lián)的超表面，每層所述超表面均由多個超周期按照周期性排列構成；

每個所述超周期均由十個人工原子一字排列構成；每個所述人工原子均由頂部硅柱、硅襯底和底部硅柱依次無縫層疊構成；所述頂部硅柱的截面形狀和所述硅襯底的形狀均為正方形，所述底部硅柱的截面形狀為矩形；

所述兩層級聯(lián)的超表面互相平行設置，且所述兩層級聯(lián)的超表面中的一層超表面的底部硅柱與另一層超表面的頂部硅柱相靠近；

所述兩層級聯(lián)的超表面的相遠離的兩個表面分別固定一旋轉(zhuǎn)機構，所述旋轉(zhuǎn)機構帶動對應的超表面旋轉(zhuǎn)，且所述兩層級聯(lián)的超表面的旋轉(zhuǎn)軸線重合。

可選的，所述人工原子在正交極化下的相位差ΔΦⁱ(r,t)＝-π/2，且平均相位依次線性相加π/5。

可選的，所述旋轉(zhuǎn)機構為金屬轉(zhuǎn)臺，所述超表面貼附于所述金屬轉(zhuǎn)臺。

可選的，所述兩層級聯(lián)的超表面之間的距離為h₄，200μm≤h₄≤1000μm。

可選的，h₄＝600μm。

可選的，在極化波和極化波的正入射下,固定所述硅襯底的邊長P和厚度h₂以及所述底部硅柱的一截面邊長ω_y，利用時域有限差分法模擬所述人工原子隨所述底部硅柱的另一截面邊長ω_x和高度h₃變化的相位差ΔΦⁱ和透射系數(shù)幅值根據(jù)模擬得到的相圖確定具有高透射性能及預期相位差的底部硅柱的截面邊長ω_x和高度h₃。