可透可反双功能太赫兹波分束器及其方法技术

本发明专利技术公开了一种可透可反双功能太赫兹波分束器及其方法。它包括太赫兹波输入端、N×N个单元结构，N为自然数；N×N个单元结构周期排列与太赫兹波输入方向垂直的平面上，单元结构包括全介质柱状结构、聚酰亚胺介质层、衬底二氧化钒。其中，单元结构有两种，一种单元结构的全介质柱状结构为第一等腰三角柱体，另一种单元结构的全介质柱状结构为大等腰三角柱体，两种单元结构中间介质层都为聚酰亚胺，底层都为二氧化钒，其中底层二氧化钒在达到相变条件后实现控制所设计结构透射反射的作用。本发明专利技术的可透可反双功能太赫兹分束器具有结构简单，材料容易制备，且可以在不改变结构的情况下通过温度变化实现透射反射的转换，满足在太赫兹波系统应用要求。

【技术实现步骤摘要】
可透可反双功能太赫兹波分束器及其方法
本专利技术涉及太赫兹波应用
，尤其涉及可变材料的可透可反双功能太赫兹波分束器及其方法。
技术介绍
太赫兹波是指频率在0.1～10THz，波长为3000～30μm范围内的电磁波，它在长波段与毫米波相重合，而在短波段与红外线相重合，太赫兹波在电磁波频谱中占有很特殊的位置。因此太赫兹技术在高速通信和成像等领域具有广泛应用前景。作为太赫兹波控制重要器件之一的太赫兹波分束器引起了国内外研究人员的广泛关注。近年来，各种太赫兹滤波器、太赫兹波开关、太赫兹波调制器等都有研制的报道。在设计太赫兹器件的过程中，一旦加工制作好就无法改动，所以往往功能单一，不具有多功能的特性，不可调控，限制了太赫兹技术的应用和发展，
技术实现思路
本专利技术为了克服现有技术不足，提供一种可透可反双功能太赫兹波分束器。本专利技术可以通过温度调控超表面的反射分束和透射分束两种功能。本专利技术结构简单，易于加工，是能够实现集透射和反射于一体的多功能器件。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种可透可反双功能太赫兹波分束器，其包括太赫兹波输入端、N×N个单元结构，N为大于8的自然数；N×N个单元结构周期排列于太赫兹波输入方向垂直的平面上构成太赫兹波分束器，其顶面作为太赫兹波输入端，且所述单元结构具有第一等腰三角柱单元结构和第二等腰三角柱单元结构两类；N×N个单元结构组成的阵列中，以4列为一个周期单元，每个周期单元中的所有单元结构均统一为第一等腰三角柱单元结构或第二等腰三角柱单元结构，由第一等腰三角柱单元结构构成的周期单元和由第二等腰三角柱单元结构构成的周期单元交替排布；每个所述第一等腰三角柱单元结构包括全介质第一等腰三角柱结构、聚酰亚胺介质层和衬底二氧化钒；其中全介质第一等腰三角柱结构位于聚酰亚胺介质层上方，衬底二氧化钒位于聚酰亚胺介质层下方；每个所述第二等腰三角柱单元结构包括全介质第二等腰三角柱结构、聚酰亚胺介质层和衬底二氧化钒；其中全介质第二等腰三角柱结构位于聚酰亚胺介质层上方，衬底二氧化钒位于聚酰亚胺介质层的下方；全介质第一等腰三角柱结构的横截面为第一等腰三角形，全介质第二等腰三角柱结构的横截面为第二等腰三角形，且第二等腰三角形的尺寸大于第一等腰三角形，第一等腰三角柱单元结构与第二等腰三角柱单元结构具有180°或接近180°的相位差。上述方案中的各部件具体参数可采用如下优选方式：作为优选，所述第一等腰三角柱单元结构和第二等腰三角柱单元结构的俯视图均为正方形，正方形边长为100μm。作为优选，所述的聚酰亚胺介质层横截面呈正方形，边长为100μm，厚度为30～35μm。作为优选，所述的衬底二氧化钒层横截面呈正方形，边长为100μm，厚度为0.2～0.5μm。作为优选，所述全介质第一等腰三角柱状结构的材料为聚酰亚胺，高度为180～200μm，其横截面的第一等腰三角形底边长为10μm，腰长为作为优选，所述全介质第二等腰三角柱状结构的材料为聚酰亚胺，高度为180～200μm，其横截面的第二等腰三角形底边长为100μm，腰长为作为优选，所述N＝32。本专利技术还提供了一种使用如前述任一方案所述分束器的可透可反双功能太赫兹波分束方法，该方法通过调控温度实现反射分束和透射分束两种不同功能：当温度高于68°时，衬底二氧化钒为金属态，此时可透可反双功能太赫兹分束器为反射模式；在反射模式下，当频率为0.75THz的太赫兹波从太赫兹波输入端输入时，被N×N个单元结构反射，将垂直入射的太赫兹波分为对称反射的两束太赫兹波，实现反射分束；当温度低于68°时，衬底二氧化钒为介质态，此时可透可反双功能太赫兹分束器为透射模式；在透射模式下，当频率为1.5THz的太赫兹波从太赫兹波输入端输入时，透过N×N个单元结构，将垂直入射太赫兹波分为对称透射的两束太赫兹波，实现透射分束。本专利技术的可透可反双功能太赫兹波分束器具有多功能，可调谐，结构简单，制作方便的特点，且可以在不改变结构的情况下通过温度变化实现透射反射的转换，满足在太赫兹波系统应用要求。附图说明图1(a)、(b)、(c)、(d)和(e)分别是可透可反双功能太赫兹波分束器的俯视图、第一等腰三角柱单元结构的三维图、第一等腰三角柱单元结构的俯视图、第二等腰三角柱单元结构的三维图、第二等腰三角柱单元结构的俯视图；图2(a)和(b)分别是可透可反双功能太赫兹波分束器在反射模式下对频率为0.75THz垂直入射太赫兹波的三维远场散射图和二维远场散射图；图3是可透可反双功能太赫兹波分束器在反射模式下对频率为0.75THz垂直入射太赫兹波的归一化反射幅度曲线；图4(a)和(b)分别是可透可反双功能太赫兹波分束器在透射模式下对频率为1.5THz垂直入射太赫兹波的三维远场散射图和二维远场散射图；图5是可透可反双功能太赫兹波分束器在透射模式下对频率为1.5THz垂直入射太赫兹波的归一化透射幅度曲线。具体实施方式如图1所示，在本专利技术的一个实施例中，提供了一种可透可反双功能太赫兹波分束器，其包括太赫兹波输入端1、N×N个单元结构，N为大于8的自然数。N×N个单元结构周期排列于太赫兹波输入方向垂直的平面上构成太赫兹波分束器，其顶面作为太赫兹波输入端1。其中，单元结构具有第一等腰三角柱单元结构6和第二等腰三角柱单元结构7两类。N×N个单元结构组成的阵列中，以4列为一个周期单元，每个周期单元中的所有单元结构均统一为第一等腰三角柱单元结构6，或者统一为第二等腰三角柱单元结构7。因此参见图1中(a)所示，由第一等腰三角柱单元结构6构成的周期单元和由第二等腰三角柱单元结构7构成的周期单元交替排布，以前四列全部为第一等腰三角柱单元结构6，下面四列全部为第二等腰三角柱单元结构7，再下面四列又全部为第一等腰三角柱单元结构6，不断交替。参见图1中(b)和(c)所示，每个第一等腰三角柱单元结构6包括全介质第一等腰三角柱结构2、聚酰亚胺介质层4和衬底二氧化钒5；其中全介质第一等腰三角柱结构2位于聚酰亚胺介质层4上方，衬底二氧化钒5位于聚酰亚胺介质层4下方。在第一等腰三角柱单元结构6中，全介质第一等腰三角柱结构2垂直安装于聚酰亚胺介质层4的上表面正中心，即全介质第一等腰三角柱结构2的中心轴线穿过聚酰亚胺介质层4的上表面中心点。衬底二氧化钒5可镀于聚酰亚胺介质层4下表面。参见图1中(d)和(e)所示，每个第二等腰三角柱单元结构7包括全介质第二等腰三角柱结构3、聚酰亚胺介质层4和衬底二氧化钒5；其中全介质第二等腰三角柱结构3位于聚酰亚胺介质层4上方，衬底二氧化钒5位于聚酰亚胺介质层4的下方。在第二等腰三角柱单元结构7中，全介质第二等腰三角柱结构3垂直安装于聚酰亚胺介质层4的上表面正中心，即全介质第二等腰三角柱结构3的中心轴线穿过聚酰亚胺介质层4的上表面中心点。衬底二氧化钒5可镀于聚酰亚胺介质层4下表面。第一等腰三角柱单元结构6和第二等腰三角柱单元结构7中，聚酰亚胺介质层4和衬底二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可透可反双功能太赫兹波分束器，其特征在于，包括N×N个单元结构，N为大于8的自然数；N×N个单元结构周期排列于太赫兹波输入方向垂直的平面上构成太赫兹波分束器，其顶面作为太赫兹波输入端(1)，且所述单元结构具有第一等腰三角柱单元结构(6)和第二等腰三角柱单元结构(7)两类；N×N个单元结构组成的阵列中，以4列为一个周期单元，每个周期单元中的所有单元结构均统一为第一等腰三角柱单元结构(6)或第二等腰三角柱单元结构(7)，由第一等腰三角柱单元结构(6)构成的周期单元和由第二等腰三角柱单元结构(7)构成的周期单元交替排布；每个所述第一等腰三角柱单元结构(6)包括全介质第一等腰三角柱结构(2)、聚酰亚胺介质层(4)和衬底二氧化钒(5)；其中全介质第一等腰三角柱结构(2)位于聚酰亚胺介质层(4)上方，衬底二氧化钒(5)位于聚酰亚胺介质层(4)下方；每个所述第二等腰三角柱单元结构(7)包括全介质第二等腰三角柱结构(3)、聚酰亚胺介质层(4)和衬底二氧化钒(5)；其中全介质第二等腰三角柱结构(3)位于聚酰亚胺介质层(4)上方，衬底二氧化钒(5)位于聚酰亚胺介质层(4)的下方；全介质第一等腰三角柱结构(2)的横截面为第一等腰三角形，全介质第二等腰三角柱结构(3)的横截面为第二等腰三角形，且第二等腰三角形的尺寸大于第一等腰三角形，第一等腰三角柱单元结构(6)与第二等腰三角柱单元结构(7)具有180°或接近180°的相位差。/n...

【技术特征摘要】
1.一种可透可反双功能太赫兹波分束器，其特征在于，包括N×N个单元结构，N为大于8的自然数；N×N个单元结构周期排列于太赫兹波输入方向垂直的平面上构成太赫兹波分束器，其顶面作为太赫兹波输入端(1)，且所述单元结构具有第一等腰三角柱单元结构(6)和第二等腰三角柱单元结构(7)两类；N×N个单元结构组成的阵列中，以4列为一个周期单元，每个周期单元中的所有单元结构均统一为第一等腰三角柱单元结构(6)或第二等腰三角柱单元结构(7)，由第一等腰三角柱单元结构(6)构成的周期单元和由第二等腰三角柱单元结构(7)构成的周期单元交替排布；每个所述第一等腰三角柱单元结构(6)包括全介质第一等腰三角柱结构(2)、聚酰亚胺介质层(4)和衬底二氧化钒(5)；其中全介质第一等腰三角柱结构(2)位于聚酰亚胺介质层(4)上方，衬底二氧化钒(5)位于聚酰亚胺介质层(4)下方；每个所述第二等腰三角柱单元结构(7)包括全介质第二等腰三角柱结构(3)、聚酰亚胺介质层(4)和衬底二氧化钒(5)；其中全介质第二等腰三角柱结构(3)位于聚酰亚胺介质层(4)上方，衬底二氧化钒(5)位于聚酰亚胺介质层(4)的下方；全介质第一等腰三角柱结构(2)的横截面为第一等腰三角形，全介质第二等腰三角柱结构(3)的横截面为第二等腰三角形，且第二等腰三角形的尺寸大于第一等腰三角形，第一等腰三角柱单元结构(6)与第二等腰三角柱单元结构(7)具有180°或接近180°的相位差。


2.如权利要求1所述的一种可透可反双功能太赫兹波分束器，其特征在于，所述第一等腰三角柱单元结构(6)和第二等腰三角柱单元结构(7)的俯视图均为正方形，正方形边长为100μm。


3.如权利要求1所述的一种可透可反双功能太赫兹波...

【专利技术属性】
技术研发人员：李九生，杨丽晶，
申请(专利权)人：之江实验室，中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33