[发明专利]一种太赫兹有源超表面振幅型空间调制器

说明书

本发明公开了一种太赫兹有源超表面振幅型空间调制器，包括M×M个阵列排布的像素单元；每个所述像素单元包括MOS管和超表面单元；所述超表面单元包括N×N个阵列排布的谐振超构单元；所述谐振超构单元包括金属层、相变材料层、介质层和谐振模块；所述MOS管与所述金属层连接；通过控制MOS管的导通情况，控制超表面单元的反射状态。本发明的超表面单元可以通过MOS管的通断控制，进行晶态与非晶态的切换，便于通过后续调制手段应用于太赫兹图像产生，产生反射电磁强度或能量空间分布，并经过探测器接受获得个像素点明暗分布不一致的图样图案，实现对太赫兹波前的空间振幅调制，可广泛应用于空间调制器件技术。

技术领域

本发明涉及空间调制器件技术，尤其涉及一种太赫兹有源超表面振幅型空间调制器。

背景技术

太赫兹波是指频率在0.1THz～10THz之间的电磁波，其波长在3000μm～30μm之间，太赫兹波具有穿透性强，对生物大分子具有独特的特征谱线以及对人体无电离辐射等特点。这些特点在人体安检、医疗成像等领域具有十分广阔的应用前景。现今制约太赫兹技术发展的关键技术之一为太赫兹波调控器件。而上述器件可以与超表面技术相结合进而实现有效的太赫兹波调控。超表面是指通过人工设计的以周期形式排列的具有亚波长厚度的结构阵列，通过结构与入射光的相互作用实现对电磁波的调控，其具有独特的负磁导率，负折射率，负介电常数等材料特性。最初的研究主要集中在无源超表面领域，器件一旦制备完成，其电磁特性就被固定了，缺乏灵活性。为了解决上述问题、提高超表面的实用性，研究人员提出制备具有主动可调谐或可重构功能的超表面器件，希望能够进一步增强超表面的灵活性，如结合相变材料。

在太赫兹成像的领域中，空间光调制器至关重要，制备该器件需要将有源超表面调制与阵列化单像素成像相结合，若不考虑对单个像素点进行调制，难以自主生成所需图案，因此阵列化超表面器件并结合单像素成像技术，对太赫兹波波前的振幅进行调制，进一步结合压缩感知技术处理各种图案具有很大的发展前景。因此，设计一种可阵列化控制的空间光调制器具有十分重要的现实意义。

发明内容

为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种太赫兹有源超表面振幅型空间调制器。

本发明所采用的技术方案是：

一种太赫兹有源超表面振幅型空间调制器，包括M×M个阵列排布的像素单元；

每个所述像素单元包括MOS管和超表面单元；所述超表面单元包括N×N个阵列排布的谐振超构单元；所述谐振超构单元包括金属层、相变材料层、介质层和谐振模块；所述MOS管与所述金属层连接；

通过控制MOS管的导通情况，控制超表面单元的反射状态。

进一步，所述超表面单元的正投影为正方形，相邻两个所述超表面单元之间的间距为100μm；

所述谐振超构单元的正投影为正方形，且边长为aμm，所述超表面单元正投影的正方形的边长为a×Nμm。

进一步，所述相变材料层的第一表面与所述金属衬底层连接，所述相变材料层的第二表面与所述介质层连接，所述谐振模块设置在所述介质层上。

进一步，所述谐振模块包括第一圆环柱体和第二圆环柱体；所述第一圆环柱体和所述第二圆环柱体共心且高度相同。

进一步，在M×M阵列中，同一行的MOS管的栅极相连，同一列的MOS管的源极相连；

所述MOS管的漏极连接到对应的超表面单元的金属层的侧面。

进一步，所述谐振超构单元正投影的正方形的边长为49-51μm。

进一步，所述第一圆环柱体的外圆半径为20.5-21.5μm，内圆半径为14.5-15.5μm；

所述第二圆环柱体的外圆半径为9.5-10.5μm，内圆半径为3.5-4.5μm；