本发明专利技术公开了一种基于超材料和VO<subgt;2</subgt;的可调谐太赫兹分波器，由单元结构沿x、y方向周期性排列而成；其中，单元结构为正方体形状，包括：介质层、金属图案层和VO2结构层；金属图案层位于介质层上表面；VO2结构层位于介质层下表面；其中，金属图案层包括闭口方环结构和第一条带结构；第一条带结构位于闭口方环结构的中间，与闭口方环结构其中两边平行；且第一条带结构的长大于闭口方环结构的边长，将闭口方环结构平均分成两部分；VO2结构层包括第二条带结构；第一条带结构和第二条带结构均为“一”字型长方体形状。本发明专利技术通过在超材料结构中加入相变材料VO<subgt;2</subgt;实现可调谐，可实现在一个器件上将三种不同频率的太赫兹波分离，提高了单个器件的信道容量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及通信分波器，具体涉及一种基于超材料和vo2的可调谐太赫兹分波器及其制作方法。
技术介绍
1、太赫兹波(terahertz thz)通常是指频率在0.1～10thz范围内的电磁波，太赫兹波具有较强的穿透能力、宽带特性和较高的分辨率，且太赫兹波的能量低，对生物组织和大气层的影响较小，已被广泛应用于无损检测、无线通信、环境监测以及成像等领域。
2、波分复用系统是一种利用光纤传输多路信号的技术，它利用每个信号的不同波长，将它们合并成一个复合信号进行传输。这意味着在单根光纤上可以同时进行多个不同波长的光信号传输，以实现更高的通信容量和传输效率。波分复用系统主要由合波器和分波器(解复用器)组成。分波器作为其中的关键性器件，可以将两种及两种以上不同频率的太赫兹波进行分离。目前，在太赫兹频段内的分波器材料主要为光子晶体和绝缘硅基(silicon-on-insulator)。然而，基于光子晶体的分波器在隔离度和插入损耗等工作性能方面有待提高，且光子晶体还存在加工困难、价格昂贵以及不易实现大批量生产和应用等问题；基于soi的分波器是以硅为基础材料，由于硅具有较大的热光系数，即使环境温度发生较小的变化，也会引起折射率的显著变化，导致中心频率随之发生明显变化。此外，现有的分波器只能固定分离两种不同频率的太赫兹波，对于超材料太赫兹波段的多信道分波器没有人研究。
3、有鉴于此，如何一种基于超材料和vo2的可调谐太赫兹分波器及其制作方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路</p>1、有鉴于此，本专利技术提供了一种基于超材料和vo2的可调谐太赫兹分波器及其制作方法，通过在超材料结构中加入相变材料vo2实现可调谐，既降低了制作难度和成本，也在一定程度上提高了单个器件的信道容量。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、方案一：一种基于超材料和vo2的可调谐太赫兹分波器，由单元结构沿x、y方向周期性排列而成；其中，所述单元结构为正方体形状，包括：介质层、金属图案层和vo2结构层；
4、所述金属图案层位于所述介质层上表面；
5、所述vo2结构层位于所述介质层下表面；
6、其中，所述金属图案层包括闭口方环结构和第一条带结构；
7、所述第一条带结构位于所述闭口方环结构的中间，与所述闭口方环结构其中两边平行；且所述第一条带结构的长大于所述闭口方环结构的边长，将所述闭口方环结构平均分成两部分；
8、所述vo2结构层包括第二条带结构；
9、所述第一条带结构和所述第二条带结构均为“一”字型长方体形状。
10、本专利技术通过在超材料结构中加入相变材料vo2实现可调谐，运用超材料的电磁响应理论、阻抗匹配理论和vo2的相变理论，当vo2处于绝缘态时，将两个处于大气窗口附近的太赫兹频率进行分离；当vo2处于金属态时，又将两个处于大气窗口附近的太赫兹频率进行分离。最终可实现在一个器件上将三种不同频率的太赫兹波分离，有效提高了单个器件的信道容量，降低了器件的成本。
11、进一步的，所述闭口方环结构包括外环结构和内环结构；
12、所述外环结构的边长为329～349μm；所述内环结构的边长为267～287μm；
13、所述第一条带结构的长为455～475μm，宽为37～47μm。
14、进一步的，所述金属图案层的材料为金、银、铜或铝中的一种。
15、进一步的，所述金属图案层的厚度为100～300nm。
16、进一步的，所述介质层的材料为聚酰亚胺、硅或石英中的一种。
17、进一步的，所述介质层的厚度为18～28μm。
18、进一步的，所述vo2结构层的厚度为100～300nm。
19、进一步的，所述第二条带结构的长为360～380μm，宽为73～83μm。
20、进一步的所述单元结构周期性排列的周期为455～475μm。
21、方案二：一种制作如前任意一项所述基于超材料和vo2的可调谐太赫兹分波器的方法，包括以下步骤：
22、设计单元结构的图案；
23、清洗光刻掩模版和介质层；
24、在介质层上表面镀金，下表面镀上vo2，得到待处理样品；
25、对所述待处理样品进行匀胶，并对匀胶后的样品进行前烘；
26、利用光刻机对烘干后的样品进行曝光光刻，并使用显影液对光刻后的样品进行显影；
27、根据设计的图案，利用离子束刻蚀机分别在显影后的样品上、下表面进行刻蚀，得到刻蚀样品；其中，所述刻蚀样品的上表面为金属图案层，下表面为vo2结构层；
28、对所述蚀刻样品进行去胶处理，得到最终的分波器结构。
29、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下优势：
30、(1)与传统的光子晶体和soi分波器相比，超材料分波器具有制作简单、价格便宜、稳定性高等优点。
31、(2)本专利技术通过在超材料结构中加入相变材料vo2实现可调谐，实现了三信道传输，提高了通信容量。
32、(3)本专利技术提供的器件频点会随温度变化而变化，其不再属于静态器件，而是可进行动态频点工作，这有效提高了器件的工作性能。
33、(4)在器件制作方面，由于本器件的结构是基于超表面所设计，现有加工工艺已经十分成熟，所以制作方便且快速。
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【技术保护点】
1.一种基于超材料和VO2的可调谐太赫兹分波器，其特征在于，由单元结构沿x、y方向周期性排列而成；其中，所述单元结构为正方体形状，包括：介质层、金属图案层和VO2结构层；
2.根据权利要求1所述的一种基于超材料和VO2的可调谐太赫兹分波器，其特征在于，所述闭口方环结构包括外环结构和内环结构；
3.根据权利要求1所述的一种基于超材料和VO2的可调谐太赫兹分波器，其特征在于，所述金属图案层的材料为金、银、铜或铝中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种基于超材料和VO2的可调谐太赫兹分波器，其特征在于，所述金属图案层的厚度为100～300nm。
5.根据权利要求1所述的一种基于超材料和VO2的可调谐太赫兹分波器，其特征在于，所述介质层的材料为聚酰亚胺、硅或石英中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种基于超材料和VO2的可调谐太赫兹分波器，其特征在于，所述介质层的厚度为18～28μm。
7.根据权利要求1所述的一种基于超材料和VO2的可调谐太赫兹分波器，其特征在于，所述VO2结构层的厚度为100～300nm。
8.根据权利要求1所述的一种基于超材料和VO2的可调谐太赫兹分波器，其特征在于，所述第二条带结构的长为360～380μm，宽为73～83μm。
9.根据权利要求1所述的一种基于超材料和VO2的可调谐太赫兹分波器，其特征在于，所述单元结构周期性排列的周期为455～475μm。
10.一种制作如权利要求1～9任意一项所述基于超材料和VO2的可调谐太赫兹分波器的方法，其特征在于，包括以下步骤：
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【技术特征摘要】
1.一种基于超材料和vo2的可调谐太赫兹分波器，其特征在于，由单元结构沿x、y方向周期性排列而成；其中，所述单元结构为正方体形状，包括：介质层、金属图案层和vo2结构层；
2.根据权利要求1所述的一种基于超材料和vo2的可调谐太赫兹分波器，其特征在于，所述闭口方环结构包括外环结构和内环结构；
3.根据权利要求1所述的一种基于超材料和vo2的可调谐太赫兹分波器，其特征在于，所述金属图案层的材料为金、银、铜或铝中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种基于超材料和vo2的可调谐太赫兹分波器，其特征在于，所述金属图案层的厚度为100～300nm。
5.根据权利要求1所述的一种基于超材料和vo2的可调谐太赫兹分波器，其特征在于，所述介质层的材料为聚酰亚胺、硅或石...
【专利技术属性】
技术研发人员：马勇，郑佐月，马晓燠，郭晓越，胡帅，刘海涛，黎人溥，许光洪，孙晓路，陈沁，樊逢佳，周幸叶，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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