[发明专利]一种太赫兹频段的反射式偏振转换器件

说明书

本发明公开了一种太赫兹频段的反射式偏振转换器件。包括至少一个周期性结构单元，周期性结构单元由上面金属层‑介质层‑下面金属层三层结构组成，上面金属层为具有周期性的亚波长阵列孔结构，中间是介质层；上面金属层通过化学刻蚀形成了具有对称的双L形凹槽的周期性亚波长阵列结构，双L形凹槽开设布置在上面金属层的中间且相对分离布置，且双L形凹槽以上面金属层的对角线对称布置；每个L形凹槽是由两个条形通槽以L形垂直连接构成，L形的两边长度相等且宽度相等。本发明实现了太赫兹频段的反射式的线偏振和圆偏振转换，在太赫兹雷达、成像和通信系统中有重要应用。

技术领域

本发明涉及了太赫兹波偏振转换领域和超材料表面领域，特别是涉及利用太赫兹波在超表面激发的表面等离子体共振实现太赫兹波的反射式偏振转换。

背景技术

太赫兹辐射是电磁波谱中的一个具有独特电磁特性的频段，位于微波与红外辐射之间。由于所处频段的特殊性，太赫兹波段表现出许多不可替代的优点和优良的应用价值。比如太赫兹波对许多介电材料(如塑料、泡沫、陶瓷等)具有优良的穿透性，能用于特殊场合的安全检查和质量检测；光子能量较低具有较高的安全性能用于生物检测；具有高的光谱分辨能力，可用于光谱成像、诊断病变细胞、探测危险物品等。

偏振是电磁波的重要特征，用电场矢量E的振荡轨迹来描述。电场矢量在空间中的轨迹为直线、圆和椭圆时，相应的偏振态为线偏振、圆偏振和椭圆偏振。太赫兹偏振转换器用于改变太赫兹波的偏振状态，实现线偏振与圆偏振、垂直偏振和水平偏振之间的转换，在太赫兹波的应用中起着重要作用，如无线通信、成像、探测和雷达等。

超表面是一种具有周期性亚波长结构单元的人工电磁材料，用于实现自然界材料中不存在的电磁特性。超表面具有可设计和可控制的结构参数，易于加工，并在调控相位、振幅、偏振及阻抗等方面具有优越性，因而在电磁材料领域拥有广泛的应用价值。具有金属孔阵列结构的超表面，能在太赫兹波入射时产生表面等离子体共振，这种电磁共振态经过叠加，产生了与入射波电场垂直的电场分量，并以反射波的形式辐射出去。

偏振转换器的设计通常主要关注如下方面：1、偏振转换率，即经过偏振转换器以后发生偏振转换的能量与辐射出的总能量的比值。2、损耗，即偏振转换过程中引起的能量损耗。3、器件尺寸，即实现偏振转换作用的器件的空间大小。

传统的偏振转换方法是利用双折射晶体，电磁波在其中传播时沿不同方向会存在不同的折射率，从而在一定的材料厚度和电磁波频率下形成所需的相位差。这种方法的缺点在于空间尺寸大不利于光学系统集成，偏振转换效率低，能量损耗大等。而将超表面用于偏振转换，可以在小空间尺寸、低能量损耗的条件下实现高的偏振转化效率。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供的是一种应用于太赫兹频段的基于金属超表面的反射式偏振转换器件，实现了太赫兹频段的反射式的线偏振和圆偏振转换，在太赫兹雷达、成像和通信系统中有重要应用。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括至少一个周期性结构单元，周期性结构单元由上面金属层-介质层-下面金属层三层结构组成，上面金属层为具有周期性的亚波长阵列孔结构，中间是介质层；上面金属层通过化学刻蚀形成了具有对称的双L形凹槽的周期性亚波长阵列结构，双L形凹槽开设布置在上面金属层的中间且相对分离布置，且双L形凹槽以上面金属层的对角线对称布置；每个L形凹槽是由两个条形通槽以L形垂直连接构成，L形的两边长度相等且宽度相等。