一种基于单元阵列可调的太赫兹超材料

本发明属于太赫兹波调制器件，具体涉及一种基于单元阵列可调的太赫兹超材料。

背景技术：

1、太赫兹波是指频率在0.1thz到10thz的电磁波，介于毫米波与红外光波谱之间。随着现代科技的发展，人们对毫米波和红外光的研究不断深入，其器件与应用技术相对成熟，然而在太赫兹波谱区域，由于缺乏高效的太赫兹辐射源、探测器以及功能器件，丰富的太赫兹频谱资源尚未被充分开发利用，成为当前学术研究的热点。目前太赫兹应用技术有三个组成部分：太赫兹源、太赫兹功能器件、太赫兹探测器，其中利用超材料实现thz波调制的器件被称为thz超材料调制器。

2、超材料是指具有特殊电磁特性的人造复合材料，一般由亚波长尺寸的金属微结构单元周期性排列组合而成，其电磁属性主要取决于引起共振响应的结构单元与其周期排列方式，通过调节结构单元的形状、尺寸以及周期结构，就可以灵活地控制超材料的电磁属性。目前，对于太赫兹波的超材料调制器件多是通过设计超材料基本单元或者改变超材料基本单元的周期来改变超材料的性能。然而，对于超材料基本单元之间的距离的动态调制却未见报道。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对背景技术存在的问题，提出了一种基于单元阵列可调的太赫兹超材料。本发明太赫兹波调制器，仅含有一种基础超材料结构(环状谐振单元)，通过对超材料基底材料的拉伸，就可以改变太赫兹超材料阵列之间的耦合，实现对太赫兹波透射率的调制。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种基于单元阵列可调的太赫兹超材料，其特征在于，所述太赫兹波调制器包括两种衬底材料(石英和聚二甲基硅氧烷(pdms))，以及形成于衬底之上的超材料结构层；所述超材料单元为环状谐振单元，超材料结构层包括多个阵列排列的超材料单元，其中任意一个环状谐振单元为金属材料。

4、进一步的，环状谐振单元位于石英衬底之上，石英衬底厚度为500μm。

5、进一步的，石英衬底嵌入于pdms衬底之中，pdms衬底厚度为1mm。

6、进一步的，石英和石英基底之上的环状谐振单元互相独立，在力的作用之下可以上下左右移动。

7、进一步的，所述超材料结构层的厚度大于或等于200nm。

8、进一步的，所述金属材料为铜、铝、金、银、镍等。

9、进一步的，所述超材料单元的尺寸≤工作波长的十分之一。

10、进一步的，所述超材料器件的工作频率在太赫兹频段。

11、进一步的，本发明提供的一种基于单元阵列可调的太赫兹超材料可以表现为对垂直入射线极化太赫兹波电场方敏感的器件和对垂直入射线极化太赫兹波电场方向不敏感的器件。

12、进一步的，当表现为对垂直入射太赫兹波电场方向不敏感时，任意相邻环状基本单元在x和y方向的距离相等。

13、进一步的，当表现为对垂直入射太赫兹波波电场方向敏感时，y方向相邻环状基本单元的距离大于x方向相邻环状基本单元的距离。

14、进一步的，表现为对垂直入射太赫兹波电场方向不敏感是指在任意方向入射太赫兹波电场作用下透射谱都一致。

15、进一步的，表现为对垂直入射太赫兹波电场方向敏感是指不同方向入射太赫兹波将导致不同的透射谱。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提供了一种可从对垂直入射电场方向不敏感到对垂直入射电场方向敏感的性能可调的器件，可通过对器件进行旋转就可改变器件透射特性的器件。可通过对两个方向上施加力的方式来对器件性能进行主动调控，结构简单，易于实现。

技术特征：

1.一种基于单元阵列可调的太赫兹超材料，其特征在于，所述太赫兹波调制器包括两种衬底材料(石英和聚二甲基硅氧烷(pdms))，以及形成于衬底之上的超材料结构层；所述超材料单元为环状谐振单元，超材料结构层包括多个阵列排列的超材料单元，其中任意一个环状谐振单元为金属材料。

2.根据权利要求1所述的一种基于单元阵列可调的太赫兹超材料，其特征在于超材料单元采用的为环状结构。

3.根据权利要求1所述的一种基于单元阵列可调的太赫兹超材料，其特征在于有两层衬底层，最下面一层为弹性衬底层pdms，厚度为1mm；另一层为石英衬底层，厚度为500μm。

4.根据权利要求1所述的一种基于单元阵列可调的太赫兹超材料，其特征在于超材料结构层厚度大于等于300nm。

5.根据权利要求1所述的一种基于单元阵列可调的太赫兹超材料，其特征在于石英衬底嵌入于pdms衬底之中。

6.根据权利要求1所述的一种基于单元阵列可调的太赫兹超材料，其特征在于金属材料为铜、铝、金、银、镍等。

7.根据权利要求1所述的一种基于单元阵列可调的太赫兹超材料，其特征在于超材料单元的尺寸≤工作波长的十分之一。

技术总结
一种基于单元阵列可调的太赫兹超材料，可以通过外加力使得弹性衬底发生形变带动非弹性衬底上超材料结构层的位置变化从而改变器件对太赫兹波的调制性能。在为施加力之前超材料对太赫兹波电场的方向不敏感，任意电场方向入射下其透射率都相同；将结构层拉伸后超材料对太赫兹波电场的方向具有敏感性，故可通过旋转超材料来实现太赫兹波透射特性的调制。

技术研发人员：文天龙,赵大任,文歧业,钟智勇,张岱南
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13