双频带太赫兹极化转换器的制作方法

本发明涉及太赫兹极化转换器，尤其涉及一种双频带太赫兹极化转换器。

背景技术：

太赫兹波是指频率为0.1~10thz，在电磁波谱中处于一个特殊的频段位置，有着许多毫米波和红外波段所不具备的性质，使得太赫兹技术在多方面具有十分重要的研究价值和广阔的应用前景，受到了世界各国政府和科研机构的关注。由于高灵敏度探测器和太赫兹源的限制，太赫兹波段的发展一直落后于其它波段。近些年来，产生太赫兹源的技术取得了很大进展，国内外研究人员都积极地开展太赫兹方向研究。

太赫兹极化转换器是太赫兹系统中重要的功能器件。在太赫兹波发射、传播及接收等处理中，极化转换是十分必要的。由于太赫兹波呈现不同的极化状态，对其各项特性有很大的影响，所以对太赫兹波极化状态的控制及处理一直是科技领域关注的焦点，极化转换器在卫星导航、太赫兹通信等领域中有着极其广泛应用，开展对太赫兹波极化转换器研究十分重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决传统技术中存在的问题，并提供一种双频带太赫兹极化转换器。本发明的技术方案如下：

一种双频带太赫兹极化转换器，其特征在于它包括端口1、端口2、n×n个周期单元结构，n为自然数，周期单元结构排列在垂直于太赫兹波入射平面上；周期单元结构从上往下依次为平行于y方向的顶层金属光栅层、上介质层、中间金属结构层、下介质层、平行于x方向的底层金属光栅层；中间金属结构层由开口谐振环、倾斜45°矩形金属贴片、带有凹槽的四分之一圆形左下金属贴片和带有凹槽的四分之一圆形右上金属贴片组成；所述的周期单元结构的顶层金属光栅层和底层金属光栅层是由5个矩形金属贴片依次等距排列；改变太赫兹波入射端口1或2可以得到不同的双频带极化转换效果。

上述方案中的各部件具体参数可采用如下优选方式：

所述的双频带太赫兹极化转换器，其特征在于所述的周期排列的n×n个周期单元结构的俯视图均为正方形，正方形的边长为50µm~70μm。

所述的双频带太赫兹极化转换器，其特征在于所述的平行于y方向的顶层金属光栅层与平行于x方向的底层金属光栅层的矩形金属贴片的宽度均为9µm~11μm，光栅常数均为14µm~16μm，材料均为铜厚度均为0.2µm，且呈90°正交分布。

所述的双频带太赫兹极化转换器，其特征在于所述的上介质层与下介质层的材料均为石英，厚度均为18µm~22μm。

所述的双频带太赫兹极化转换器，其特征在于所述的中间金属结构层的材料为铜，厚度为0.2µm。

所述的双频带太赫兹极化转换器，其特征在于所述的开口谐振环的内径为17µm~19µm，外径为21µm~23µm，开口角度为55°~65°。

所述的双频带太赫兹极化转换器，其特征在于所述的倾斜45°矩形金属贴片的材料为铜，长度为58µm~62µm，宽度为4µm~6µm。

所述的双频带太赫兹极化转换器，其特征在于所述的带有凹槽的四分之一圆形左下金属贴片和带有凹槽的四分之一圆形右上金属贴片的半径均为15µm~17µm，凹槽深度为4µm~8µm，宽度为6µm~10µm。

本发明双频带太赫兹极化转换器具有设计新颖、结构紧凑、成本低廉、极化转换比高等优点，可应用于卫星导航与太赫兹通信系统。本发明的双频带太赫兹极化转换器具有设计新颖、结构紧凑、成本低廉、极化转换比高等优点，其中在0.38thz~1.34thz和1.40thz~2.25thz频段内的极化转换比都超过了99%，极大满足卫星导航及太赫兹通信等应用需求。

附图说明

图1是双频带太赫兹极化转换器周期单元结构三维示意图；

图2是双频带太赫兹极化转换器周期单元结构平行于y方向的顶层金属光栅层的俯视图；

图3是双频带太赫兹极化转换器周期单元结构上介质层和下介质层的俯视图；

图4是双频带太赫兹极化转换器周期单元结构中间金属结构层的俯视图；

图5是双频带太赫兹极化转换器周期单元结构平行于x方向的底层金属光栅层的俯视图；

图6是双频带太赫兹极化转换器太赫兹波从端口1垂直入射时透射曲线图，其中（a）、（b）分别是te波交叉极化透射系数和te波共极化透射系数，（c）、（d）分别是tm波交叉极化透射系数和tm波共极化透射系数；

图7是双频带太赫兹极化转换器太赫兹波从端口1垂直入射时极化转换比；

图8是双频带太赫兹极化转换器太赫兹波从端口1垂直入射时第一频带中心频率ƒ=0.9thz能量图；

图9是双频带太赫兹极化转换器太赫兹波从端口1垂直入射时第二频带中心频率ƒ=1.35thz能量图；

图10是双频带太赫兹极化转换器太赫兹波从端口2垂直入射时透射曲线图，其中（a）、（b）分别是te波交叉极化透射系数和te波共极化透射系数，（c）、（d）分别是tm波交叉极化透射系数和tm波共极化透射系数；

图11是双频带太赫兹极化转换器太赫兹波从端口2垂直入射时极化转换比；

图12是双频带太赫兹极化转换器太赫兹波从端口2垂直入射时第一频带中心频率ƒ=0.9thz能量图；

图13是双频带太赫兹极化转换器太赫兹波从端口2垂直入射时第二频带中心频率ƒ=1.35thz能量图。

具体实施方式

如图1~5所示，一种双频带太赫兹极化转换器，其特征在于包括端口1、端口2、n×n个周期单元结构3，n为自然数，周期单元结构3排列在垂直于太赫兹波入射平面上；周期单元结构3从上往下依次为平行于y方向的顶层金属光栅层4、上介质层5、中间金属结构层6、下介质层7、平行于x方向的底层金属光栅层8；所述的中间金属结构层6由开口谐振环9、倾斜45°矩形金属贴片10、带有凹槽的四分之一圆形左下金属贴片11和带有凹槽的四分之一圆形右上金属贴片12组成；所述的周期单元结构的顶层金属光栅层4和底层金属光栅层8是由5个矩形金属贴片13依次等距排列；改变太赫兹波入射端口1或2可以得到不同的双频带极化转换效果。

所述的双频带太赫兹极化转换器，其特征在于所述的周期排列的n×n个周期单元结构的俯视图均为正方形，正方形的边长为50µm~70μm。平行于y方向的顶层金属光栅层与平行于x方向的底层金属光栅层的矩形金属贴片的宽度均为9µm~11μm，光栅常数均为14µm~16μm，材料均为铜厚度均为0.2µm，且呈90°正交分布。上介质层与下介质层的材料均为石英，厚度均为18µm~22μm。中间金属结构层的材料为铜，厚度为0.2µm。开口谐振环的内径为17µm~19µm，外径为21µm~23µm，开口角度为55°~65°。倾斜45°矩形金属贴片的材料为铜，长度为58µm~62µm，宽度为4µm~6µm。带有凹槽的四分之一圆形左下金属贴片和带有凹槽的四分之一圆形右上金属贴片的半径均为15µm~17µm，凹槽深度为4µm~8µm，宽度为6µm~10µm。

实施例1

本实施例中，双频带太赫兹极化转换器的结构和各部件形状如上所述，因此不再赘述。各部件的具体参数如下：

所述的双频带太赫兹极化转换器，其特征在于所述的周期排列的n×n个周期单元结构的俯视图均为正方形，正方形的边长为60μm。平行于y方向的顶层金属光栅层与平行于x方向的底层金属光栅层的矩形金属贴片的宽度均为10μm，光栅常数均为15μm，材料均为铜厚度均为0.2µm，且呈90°正交分布。上介质层与下介质层的材料均为石英，厚度均为20μm。中间金属结构层的材料为铜，厚度为0.2µm。开口谐振环的内径为18µm，外径为22µm，开口角度为60°。倾斜45°矩形金属贴片的材料为铜，长度为60µm，宽度为5µm。带有凹槽的四分之一圆形左下金属贴片和带有凹槽的四分之一圆形右上金属贴片的半径均为16µm，凹槽深度为6µm，宽度为8µm。双频带太赫兹极化转换器的各种性能参数指标均采用cst软件进行仿真获取。

图6是双频带太赫兹极化转换器太赫兹波从端口1垂直入射时透射曲线图，其中（a）、（b）分别是te波交叉极化透射系数和te波共极化透射系数，（c）、（d）分别是tm波交叉极化透射系数和tm波共极化透射系数。图7是双频带太赫兹极化转换器太赫兹波从端口1垂直入射时极化转换比。由图6中的透射曲线可知，本发明的极化转换器有两个较为明显的极化转换频带，在0.38thz~1.34thz和1.40thz~2.25thz频段内极化转换比都超过了99%。图8是太赫兹波从端口1垂直入射时第一频带中心频率ƒ=0.9thz能量图；图9是太赫兹波从端口1垂直入射时第二频带中心频率ƒ=1.35thz能量图。图10是双频带太赫兹极化转换器太赫兹波从端口2垂直入射时透射曲线图，其中（a）、（b）分别是te波交叉极化透射系数和te波共极化透射系数，（c）、（d）分别是tm波交叉极化透射系数和tm波共极化透射系数。图11是双频带太赫兹极化转换器太赫兹波从端口2垂直入射时极化转换比。在0.38thz~1.34thz和1.40thz~2.22thz频段内的极化转换比都超过了99%。图12是太赫兹波从端口2垂直入射时第一频带中心频率f=0.9thz能量图，图13是太赫兹波从端口2垂直入射时第二频带中心频率f=1.35thz能量图。