[发明专利]基于PE棱镜耦合的可调光栅超材料太赫兹吸波器及方法

说明书

本发明提出基于PE棱镜耦合的可调光栅超材料太赫兹吸波器，所述吸波器包括等离子共振件和棱镜侧面置于等离子共振件的共振区上的棱镜件；所述棱镜件位于吸波器的太赫兹波输入端处，使太赫兹波经棱镜件折射后入射至共振区；向共振区入射的太赫兹波在棱镜侧面处形成倏逝波；当入射太赫兹波与共振区的人工表面等离子体动量匹配时，所述等离子共振件共振区被倏逝波激发共振，产生人工表面等离子极化波使入射的太赫兹波被吸收；本发明结构简单、操作方便且性能可靠。

技术领域

本发明涉及电磁波技术领域，尤其是基于PE棱镜耦合的可调光栅超材料太赫兹吸波器及方法。

背景技术

太赫兹(Terahertz, THz)波通常是指频率为0.1-10THz的电磁波,位于微波和红外之间,也被称为T射线，是一种新的、有很多独特优点的辐射源。在基础研究、工业应用、生物学、医学以及军事等领域有着重要的应用前景。太赫兹超材料因其具有独特的控制电磁波的能力，在业界引起了极大的研究兴趣，尤其在基于超材料的完美吸波器。基于超材料的完美吸波器已经成为实现太赫兹器件的一个重要组成部分，包括：高分辨率太赫兹探测、成像、传感等。

通过设计不同的太赫兹超材料表面周期性图案和对其图案尺寸进行调制，各种具有独特的吸收特性的太赫兹超材料已被广泛设计和研究，包括：窄带、宽带或多带吸收特性、对太赫兹辐射入射角和极化的不敏感性吸收特性等。然而，目前的大多数的设计主要集中在吸波器的强度调制而不是吸收频率调制。虽然，通过复杂的几何图案的设计，具有各种各样的吸收特性的基于超材料的完美吸波器不断被设计出来，但大部分吸波器都很难同时进行吸波强度和吸收频率的调制，并吸波效率也很难达到100%，即完美吸收，这极大地限制了他们的实际应用。因此，设计一种基于结构简单的超材料，能够实现太赫兹波吸波特性的动态调制的太赫兹完美吸收器具有重要的现实意义和工程应用价值。

发明内容

本发明提出基于PE棱镜耦合的可调光栅超材料太赫兹吸波器及方法，结构简单、操作方便且性能可靠。

本发明采用以下技术方案。

基于PE棱镜耦合的可调光栅超材料太赫兹吸波器，所述吸波器包括等离子共振件和棱镜侧面置于等离子共振件的共振区上的棱镜件（2）；所述棱镜件位于吸波器的太赫兹波输入端处，使太赫兹波经棱镜件折射后入射至共振区；向共振区入射的太赫兹波在棱镜侧面处形成倏逝波；当入射太赫兹波与共振区的人工表面等离子体动量匹配时，所述等离子共振件共振区被倏逝波激发共振，产生人工表面等离子极化波使入射的太赫兹波被吸收。

所述等离子共振件的共振区自上而下包括空气层（3）、光栅填充层（5）、光栅凹槽阵列（6）；所述空气层与棱镜件的棱镜侧面相接；所述等离子共振件下端支撑于光栅托架（7）上。

所述棱镜件包括具有三个侧面的三棱柱棱镜；所述三棱柱棱镜的第一侧面与光栅填充层相邻，第二侧面朝向吸波器的太赫兹波输入端；三棱柱棱镜的第一侧面与光栅填充层之间设有空气层；输入吸波器的太赫兹波先后经第二侧面、第一侧面折射后入射至共振区。

三棱柱棱镜的第二侧面朝向吸波器的太赫兹波输入端，第三侧面朝向吸波器的太赫兹波输出端；未被共振区吸收的太赫兹波被共振区反射，再经三棱柱棱镜的第一侧面、第三侧面折射后从第三侧面射出；所述三棱柱棱镜以PE材料成型。

所述等离子共振件或棱镜件与电控线性移动平台（8）相接以调节所述空气层的厚度；所述电控线性移动平台通过调节空气层厚度来对人工表面等离子极化波进行调制，以针对指定频率的太赫兹波进行吸收。

所述吸波器的太赫兹波输入端与太赫兹脉冲发射器（1）相邻；所述吸波器的太赫兹波输出端与太赫兹脉冲接收器（4）相邻；太赫兹脉冲接收器对从棱镜第三侧面出射的太赫兹波进行探测，并把探测结果生成时域太赫兹信号上传至信号后处理系统（9）；所述信号后处理系统把接收的时域太赫兹信号变换为频域太赫兹信号，同时根据太赫兹脉冲接收器的太赫兹波输出值来计算吸波器对太赫兹波的吸收率。