[發明專利]具有周期性通孔微結構的太赫茲超表面結構及其制備方法

在審

• 申請號: 202210024121.4
• 申請日: 2022-01-11
• 公開（公告）號: CN114374095A
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 黃異;曾秋銘;鐘舜聰;林廷玲;鐘宇杰
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H05K3/02;G02B1/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 丘鴻超;蔡學俊

本發明提出一種具有周期性通孔微結構的太赫茲超表面結構及其制備方法，其提出的具有周期性通孔微結構的太赫茲超表面結構由兩個形狀尺寸大小相同的矩形孔作為一個單元陣列，并周期性陣列排布而成。在制備方法上采用飛秒激光直寫技術，在薄膜金屬直接進行加工，制造過程簡單且迅速，加工效率高，原材料廉價易得，有利于大規模的工業化生產。同時，運用高倍數的聚焦物鏡縮小燒蝕面積從而減小加工誤差，使實際的加工尺寸更符合設計尺寸，達到所需要的標準。

技術領域

本發明屬于太赫茲超材料技術領域，尤其涉及一種具有周期性通孔微結構的太赫茲超表面結構及其制備方法。

背景技術

超材料具有獨特的控制電磁波的能力，能夠使太赫茲波在微納米量級的結構尺寸中誘導產生表面等離子體共振，已經成為各種太赫茲功能器件的核心部件。基于超材料的太赫茲器件廣泛地應用于天線雷達，波導傳輸，高分辨率成像、高功率太赫茲源以及高靈敏度的傳感等領域，并取得了一些突發性的研究成果。目前，常用的太赫茲超材料微納加工技術大部分都是通過光刻技術制造而成，制作過程需要旋涂、前烘、制備掩膜、曝光和金屬沉積等多個步驟，導致制備周期長、成本高昂。

近年來，隨著超快激光技術的發展，基于激光燒蝕的原理，采用飛秒激光直寫技術能夠在金屬薄膜上實現太赫茲超材料的快速加工。飛秒激光燒蝕加工過程表現在具有一定面積大小的光斑在樣品表面上移動，所經過的部分由于激光能量積累效應而使材料直接發生去材反應。然而，由于聚焦面積大小直接決定了加工精度，針對百微米量級以內的加工不可避免地引入了加工誤差（尺寸誤差在10微米以上），使得對幾何尺寸偏差敏感的超材料無法達到預期性能。為了達到更高的精度，通常采用調整激光能量或控制激光脈沖數量的方法，然而這兩種辦法均會導致一部分激光能量的損耗，并且需要加工人員具有豐富的加工經驗。

發明內容

有鑒于此，為了填補現有技術的空白，本發明的目的在于提供一種具有周期性通孔微結構的太赫茲超表面結構及其制備方法，其提出的具有周期性通孔微結構的太赫茲超表面結構由兩個形狀尺寸大小相同的矩形孔作為一個單元陣列，并周期性陣列排布而成。整個材料的厚度為10 μm。矩形孔的長度為150 μm，寬度為30 μm，兩個矩形孔在邊長為180μm的正方形單元中以中心點對稱分布，兩個孔的中心線距離為90 μm。能夠誘導太赫茲入射波在金屬通孔內產生表面等離子體共振，在頻譜上表征為高透射率的共振峰，簡單的結構能夠實現高透射率的表面等離子體共振。與此同時，無襯底的設計避免了由襯底引起的藍移和相關的內部干擾和能力損失。

可以以單層鋁箔作為制備超材料的原材料，通過飛秒激光直寫技術快速燒蝕金屬表面的方法制備具有周期性表面結構的通孔型太赫茲超材料。

在制備方法上采用飛秒激光直寫技術，在薄膜金屬直接進行加工，制造過程簡單且迅速，加工效率高，原材料廉價易得，有利于大規模的工業化生產。同時，運用高倍數的聚焦物鏡縮小燒蝕面積從而減小加工誤差，使實際的加工尺寸更符合設計尺寸，達到所需要的標準。具體可以采用100倍聚焦物鏡聚焦飛秒激光光束，使其燒蝕面積控制在5 μm，加工后的尺寸誤差約為2-3 μm。相較于以往加工太赫茲超材料器件的光刻技術，飛秒激光直寫技術制備效率高并且加工方法簡單直接，避免了繁瑣的加工步驟，原料廉價易得，加工時長大大縮小，有利于大規模的工業化生產。

本發明具體采用以下技術方案：

一種具有周期性通孔微結構的太赫茲超表面結構，其特征在于：由兩個形狀尺寸大小相同的矩形孔作為一個單元陣列，并周期性陣列排布而成。

進一步地，厚度為10 μm；所述矩形孔的長度為150 μm，寬度為30 μm，兩個矩形孔在邊長為180 μm的正方形單元中以中心點對稱分布，兩個孔的中心線距離為90 μm。

進一步地，材質為鋁。

以上結構的制備方法采用飛秒激光直寫技術，在薄膜金屬上直接進行加工；并運用高倍數的聚焦物鏡縮小燒蝕面積從而減小加工誤差。