[發明專利]一種基于單元陣列可調的太赫茲超材料

在審

• 申請號: 202310244813.4
• 申請日: 2023-03-14
• 公開（公告）號: CN116338828A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 文天龍;趙大任;文歧業;鐘智勇;張岱南
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G02B1/00
• 分類號: G02B1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種基于單元陣列可調的太赫茲超材料，可以通過外加力使得彈性襯底發生形變帶動非彈性襯底上超材料結構層的位置變化從而改變器件對太赫茲波的調制性能。在為施加力之前超材料對太赫茲波電場的方向不敏感，任意電場方向入射下其透射率都相同；將結構層拉伸后超材料對太赫茲波電場的方向具有敏感性，故可通過旋轉超材料來實現太赫茲波透射特性的調制。

技術領域

本發明屬于太赫茲波調制器件技術領域，具體涉及一種基于單元陣列可調的太赫茲超材料。

背景技術

太赫茲波是指頻率在0.1THz到10THz的電磁波，介于毫米波與紅外光波譜之間。隨著現代科技的發展，人們對毫米波和紅外光的研究不斷深入，其器件與應用技術相對成熟，然而在太赫茲波譜區域，由于缺乏高效的太赫茲輻射源、探測器以及功能器件，豐富的太赫茲頻譜資源尚未被充分開發利用，成為當前學術研究的熱點。目前太赫茲應用技術有三個組成部分：太赫茲源、太赫茲功能器件、太赫茲探測器，其中利用超材料實現THz波調制的器件被稱為THz超材料調制器。

超材料是指具有特殊電磁特性的人造復合材料，一般由亞波長尺寸的金屬微結構單元周期性排列組合而成，其電磁屬性主要取決于引起共振響應的結構單元與其周期排列方式，通過調節結構單元的形狀、尺寸以及周期結構，就可以靈活地控制超材料的電磁屬性。目前，對于太赫茲波的超材料調制器件多是通過設計超材料基本單元或者改變超材料基本單元的周期來改變超材料的性能。然而，對于超材料基本單元之間的距離的動態調制卻未見報道。

發明內容

本發明的目的在于，針對背景技術存在的問題，提出了一種基于單元陣列可調的太赫茲超材料。本發明太赫茲波調制器，僅含有一種基礎超材料結構(環狀諧振單元)，通過對超材料基底材料的拉伸，就可以改變太赫茲超材料陣列之間的耦合，實現對太赫茲波透射率的調制。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種基于單元陣列可調的太赫茲超材料，其特征在于，所述太赫茲波調制器包括兩種襯底材料(石英和聚二甲基硅氧烷(PDMS))，以及形成于襯底之上的超材料結構層；所述超材料單元為環狀諧振單元，超材料結構層包括多個陣列排列的超材料單元，其中任意一個環狀諧振單元為金屬材料。

進一步的，環狀諧振單元位于石英襯底之上，石英襯底厚度為500μm。

進一步的，石英襯底嵌入于PDMS襯底之中，PDMS襯底厚度為1mm。

進一步的，石英和石英基底之上的環狀諧振單元互相獨立，在力的作用之下可以上下左右移動。

進一步的，所述超材料結構層的厚度大于或等于200nm。

進一步的，所述金屬材料為銅、鋁、金、銀、鎳等。

進一步的，所述超材料單元的尺寸≤工作波長的十分之一。

進一步的，所述超材料器件的工作頻率在太赫茲頻段。

進一步的，本發明提供的一種基于單元陣列可調的太赫茲超材料可以表現為對垂直入射線極化太赫茲波電場方敏感的器件和對垂直入射線極化太赫茲波電場方向不敏感的器件。

進一步的，當表現為對垂直入射太赫茲波電場方向不敏感時，任意相鄰環狀基本單元在x和y方向的距離相等。

進一步的，當表現為對垂直入射太赫茲波波電場方向敏感時，y方向相鄰環狀基本單元的距離大于x方向相鄰環狀基本單元的距離。

進一步的，表現為對垂直入射太赫茲波電場方向不敏感是指在任意方向入射太赫茲波電場作用下透射譜都一致。

進一步的，表現為對垂直入射太赫茲波電場方向敏感是指不同方向入射太赫茲波將導致不同的透射譜。