[發明專利]一種超材料調制器

有效

• 申請號: 202110596056.8
• 申請日: 2021-05-29
• 公開（公告）號: CN113267913B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 姚海云;梁蘭菊;閆昕
• 申請（專利權）人: 棗莊學院
• 主分類號: G02F1/03
• 分類號: G02F1/03;H01Q15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種超材料調制器，包括自上而下排列的表層、石墨烯層、柔性介質層和硅長方條結構襯底層。本發明在硅襯底上刻蝕硅長方條結構形成全介質超材料，利用硅長方條結構與太赫茲波相互作用產生共振，通過激光入射或施加電壓的激勵方式引起石墨烯層的電導率發生改變，從而實現對太赫茲波的光/電調控。利用全介質材料低損耗的特點，可以實現較高的調制深度。

技術領域

本發明涉及太赫茲通信技術領域中關鍵功能器件之一的太赫茲波信號調制器，特別是涉及新型超高靈敏動態調制太赫茲波超材料調制器。

背景技術

超材料是具有亞波長大小的人工微結構經過周期性排列構成的，其具有的獨特電磁特性是自然材料不具備的。人工設計的單元結構的幾何形狀對電磁波有獨特的光學響應。近年來，超材料成為非常規光學設備發展的熱點。隨著人們對更多樣化功能的追求，超材料功能多樣化不斷擴展到動態可調的領域。光/電調控基于石墨烯與超材料相結合領域是增強光學響應的重點領域。在這一光/電調控光學響應的背景下光電調控石墨烯被應用與超材料相結合實現超高靈敏度的調制效果引起了人們對其研究的極大興趣。

太赫茲（THz）技術的發展舉世矚目，并且成為新世紀最為重要的核心技術之一。由于獨特的光學特殊性，例如，低光子能量、高穿透性，生物大分子指紋譜等，太赫茲技術廣泛應用在公共安全、通訊、以及生物醫療等方面。其中太赫茲的調控成為目前研究熱點，超構材料可通過與特定的光電材料結合來實現對太赫茲波動態可控的光學響應。由于太赫茲光子的能量較低，很多物質對于太赫茲光的響應十分微弱，使太赫茲功能器件的研究和發展仍然相對滯后，高效主動的太赫茲調制器件仍然十分匱乏，國內使用沒有自主知識產權，繳納高額的專利使用費，現有的太赫茲波調控器件性能遠未達到太赫茲系統應用所需要的指標。目前針對太赫茲超材料的發明專利，例如，東莞理工學院（CN 110244476 A）發明了一種基于硅微納米結構的太赫茲調制器，該太赫茲調制器可在極低的泵浦光功率下實現對太赫茲波的調制，在900mW的泵浦光功率下調制深度可達90％以上；合肥工業大學（CN111381394 A）發明提供了一種太赫茲超構材料調制器，該調制器不僅調制深度大而且插入損耗小，其調制深度為92%；中國工程物理研究院流體物理研究所（CN 111175996 A）發明了一種太赫茲調制器，該調制器通過施加電壓實現襯底材料的電導率極大變化，從而引起載流子濃度的極大變化，通過調節襯底110材料兩端施加的電流大小調節太赫茲波的透過率，實現了太赫茲波的透過率的調制，其調制深度達到99.9%。事實上以上描述的調制深度遠遠未達到應用指標。因此有必要結合現有新材料的發展，發掘和研究更好的新型太赫茲波快速調控結構和體系，實現對太赫茲波快速、高效的調控。

發明內容

本發明提供了一種基于石墨烯超高調制深度的超材料調制器，解決目前調制效果差以及無法實現應用等問題。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種超材料調制器，所述超材料調制器包括自上而下排列的表層、石墨烯層、柔性介質層和硅長方條結構襯底層；

所述硅長方條結構襯底層由兩部分硅材料組成，上面部分是若干個相同的硅長方條結構相間排列，下面部分是一定厚度的高阻硅片基底；

當泵浦光激勵照射在超材料調制器上時，引起所述石墨烯層的電導率發生變化，實現對入射的太赫茲波透射強度的深度調制進行光/電調控；

所述硅長方條結構襯底層與所述太赫茲波相互作用產生共振，增加所述光/電調控的調制深度。

優選地，所述表層設置有第一金屬電極；

所述石墨烯層設置有第二金屬電極，所述第二金屬電極與所述石墨烯層中的單層石墨烯相連；

所述第一金屬電極與外接電源正極連接；所述第二金屬電極與外接電源負極連接。

優選地，所述表層為離子膠層；所述離子膠層為所述石墨烯層提高偏壓。