[发明专利]一种太赫兹超材料调制方法及其产品

说明书

本发明公开了一种太赫兹超材料调制方法及其产品，属于超材料领域，方法为：首先，在PDMS材质的基底上制备周期性圆柱形空气腔，接着，在空气腔上方设置柔性介质PDMS薄膜，PDMS薄膜上设置有超材料，然后，加入外界压强，使空气腔上方的柔性介质PDMS薄膜发生凸起或凹陷，进而改变PDMS薄膜上超材料的几何参数，最终对入射太赫兹波的响应进行调制。本发明还提供实现如上方法的产品，其包括超材料结构和PDMS基底，超材料结构设置在PDMS基底上，超材料包括PDMS薄膜和设置在该PDMS薄膜的二维周期阵列，PDMS基底上设置有期性圆柱形空气腔。本发明调制方法简便可靠、易于控制、对线偏光及圆偏振光的调制性能较强。

技术领域

本发明属于超材料领域，更具体地，涉及一种太赫兹超材料调制方法及其产品。

背景技术

超材料是一种新型的周期性结构人工复合材料。由于其等效介电常数和磁导率可以通过计算和设计而得到，进而可以表现出奇异的电磁特性，得到了研究人员的广泛关注。

超材料一般由金属设计成开口环、矩形条、渔网等亚波长周期性阵列结构，并镶嵌在树脂、陶瓷或氧化物等绝缘材料中所构成。在谐振频率下，这些结构对入射的电磁波有着很强的耦合，进而实现对电磁波的调制，从而改变其传输特性。通过设计周期性结构单元，可以得到需要的等效介电常数和等效磁导率，从而实现自然材料所不具备的超常物理特性，比如负折射率、负磁导率、负介电常数、逆多普勒效应等。

由于缺少有效的波源和探测器，使得太赫兹波的研究落后于其它波段的研究，该波段曾经被称为太赫兹空隙。而超材料可以通过设计结构尺寸使其对太赫兹波进行响应，所以超材料对太赫兹波段的研究有极其重要的作用。

现有的文献中，有许多报道超材料结构的调制方法，如文献《Photo-excitedbroadband tunable terahertz metamaterial absorber》中，在仿真中使用侧面光泵浦改变开口环处硅的载流子浓度，通过改变谐振模态实现了超材料吸波器大范围调制。该调制范围大，得益于在调制中改变了开口环的谐振模式，通过电场分布图可以较好的解释调制变化，同时由于是通过自由载流子引起电磁性质的变化，所以驱动时间可以达到皮秒以下。但是，在开口环处嵌入硅的工艺难度较大，很难制备出实物。再如文献《Design of atunable terahertz narrowband metamaterial absorber based on anelectrostatically actuated MEMS cantilever and split ring resonator array》使用MEMS工艺制作的悬臂梁，通过电压控制悬臂梁处的等效电容，进而对吸收特性进行调控。使用静电驱动调控范围较大，而且吸收率在调制过程中能达到近似完美吸收。但缺点同样是制作工艺复杂，很难制作出实物。但总的来说，这类文献提到的结构只能局限于对入射光透射特性的调制，不能进行偏振调制。

也有文献使用PDMS柔性介质作为超材料的基底，如文献《Mechanically tunableterahertz metamaterials》中采用PDMS作为“工”字型超材料基底，通过拉伸的方式改变“工”字型结构的间距，最终对入射太赫兹波的透射率进行调制。

本文指出，PDMS具有高弹性特性，有着合适的损耗因子，而且通过反复实验验证了PDMS拉伸调制的耐用性，是作为超材料的一种理想基底，但是该超材料结构同样只局限于透射特性的调制。