[发明专利]一种基于多层硅基光栅的太赫兹波幅度调制器及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于多层硅基光栅的太赫兹波幅度调制器及制备方法，属于信息技术中的人工电磁材料领域。包括：第一亚波长光栅、第二亚波长光栅、线圈、磁体和MEMS弹簧；所述第一亚波长光栅和第二亚波长光栅位于上下两层且相互平行，键合构成双层光栅；所述线圈置于第二亚波长光栅上，所述MEMS弹簧与第二亚波长光栅相连；所述线圈通电时，在所述磁体的作用下带动第二亚波长光栅相对于第一亚波长光栅发生位移，位移方向与所述双层光栅平行。本发明仅基于多层硅基光栅，无其他复杂结构，具有易于设计、低成本、操作简单等特点，而且普适性强，无频率依赖性，具有很好的可扩展性，能够被推广至太赫兹以外的其他电磁波频段。

技术领域

本发明属于信息技术中的人工电磁材料领域，更具体地，涉及一种基于多层硅基光栅的太赫兹波幅度调制器及制备方法。

背景技术

太赫兹频段电磁波通常是指介于微波与红外之间，频率在0.1-10THz的电磁波(对应波长在0.03到3mm范围)。过去由于受到有效太赫兹产生源和灵敏探测器的限制，对这一频段电磁波的研究结果和数据一直较少，这一频段也被称为“太赫兹间隙”。随着80年代一系列新技术、新材料的发展，太赫兹源及接收器的类型和性能得到了极大的提升，使得太赫兹技术得到了迅猛发展。

完整的太赫兹系统不但需要高效的辐射源及探测器，也需要各类高性能太赫兹器件，从而实现对太赫兹信号的有效操控。作为一类基于人工设计的电磁结构，电磁超材料越来越多地被用于太赫兹波的操控。它通常由一系列亚波长量级的单元结构按照周期形式排布而成。通过改变单元结构的形状、尺寸、单元结构的间距以及排布方式来调整超材料在宏观上的电磁参数，从而获得所需要的电磁响应特性。近年来，各类基于电磁超材料的器件不断涌现，其应用频段涵盖了微波至可见光频段。最简单的亚波长一维光栅即可视为一种电磁超材料。

然而，电磁超材料通常不具备可调谐特征。一旦设计成型，其电磁响应参数便已经固定。在太赫兹频段设计出可调谐的电磁超材料可以进一步提高对太赫兹波的操控能力，从而对太赫兹波的幅度、相位等参数进行调节。现有实现太赫兹可重构超材料的方法主要包括通过额外施加偏置电压或光学方法改变结构中或衬底上半导体的载流子浓度，利用MEMS结构或具有相变性质的材料等。不同方法在物理机制上的差异将直接影响超材料的性能、工艺复杂性、频谱可扩展性、成本、可重构度或调制深度。

而硅基材料系统具有一系列的优势，包括加工工艺简单、低成本、适合大量生产，因此具有潜在的商业用途，现已被广泛用于超材料吸收体、谐振器等器件的加工制作。然而，目前鲜有单纯利用多层硅基材料系统作为有效的太赫兹调制器的报道。

发明内容

针对相关技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于多层硅基光栅的太赫兹波幅度调制器及制备方法，旨在解决太赫兹波幅度调制器加工工艺复杂、成本较高的问题。

为实现上述目的，本发明的一个方面提供了一种基于多层硅基光栅的太赫兹波幅度调制器，包括第一亚波长光栅、第二亚波长光栅、线圈、磁体和MEMS弹簧；

所述第一亚波长光栅和第二亚波长光栅位于上下两层且相互平行，键合构成双层光栅；所述线圈置于第二亚波长光栅上，所述MEMS弹簧与第二亚波长光栅相连；

所述线圈通电时，在所述磁体的作用下带动第二亚波长光栅相对于第一亚波长光栅发生位移，位移方向与所述双层光栅平行。

进一步地，所述第一亚波长光栅和第二亚波长光栅采用高阻硅加工而成。

进一步地，所述第一亚波长光栅和第二亚波长光栅为条状、圆环状或矩形一维光栅。

进一步地，所述第一亚波长光栅和第二亚波长光栅为二维光栅。

进一步地，除所述第一亚波长光栅和第二亚波长光栅外还包括其他亚波长光栅，构成三层以上光栅结构。

进一步地，所述磁体为配有轭铁的永磁体。